多铁性材料B位掺杂改性研究(2)
6.4铁电性能测试 19
结 论 20
致 谢 21
参考文献23
1 引言
多铁性材料是指该材料具有两种及两种以上铁的性能[1]。这些性能可以包括铁电性，铁磁性和铁弹性等。前苏联的科学家们发现在钙钦矿结构的化合物中[2-4]可能同时存在铁磁性和铁电性，而且它们互不抵触。正是由于多铁性材料的磁电耦合效应，其可以制成多态记忆元件、高密度存储器、电场控制的压电传感器等器件，所以国际功能材料等领域的一个研究热点就是多铁性材料的研究。而BiFeO3 由于在室温下同时具有铁电性和铁磁性而受到广泛关注。虽然很早就发现BiFeO3中铁电性和磁性能够共存，但是无法正确测量其铁电性由于其大的漏导，同时在室温下其反铁磁性很难测出，这些在很大程度上限制了它的应用[5-7]。因此，科研人员做了许多工作去克服这些缺陷。
2 多铁性的基本概念
2.1 铁磁性与铁电性
铁磁性是指一种材料的磁性状态，具有自发磁化现象，比如人们熟知的铁。
饱和极化强度Ms、剩余极化强度Mr和矫顽电场Hc是磁滞回线的几个重要参量。图2-1（a）是典型的磁滞回线，如图OA段，在铁磁体材料加上外场，磁化强度随着外场的增加而增加。同时磁化强度在B点饱和。而当外场开始减小，磁化强度并不沿着BO段减小，而是沿着图BC段减小，当外场为0时，OC段即为材料的剩余磁化强度Mr。要使磁化强度减小为0，必须反向增加外场，我们称OD段为矫顽磁场Hc。如果继续增加反向磁场，磁化强度方向变为反向，直到达到饱和点E。如果继续增加正向磁场，磁化强度沿着EFG变化，最后形成封闭的曲线成为磁滞回线。
1920年法国人Valasek[8]发现罗息盐具有特异的介电性,它的极化强度随着外加电场的变化如图2-1（b）所示，称为电滞回线，把这种性质的晶体称为铁电体，其实这种晶体不一定含有“铁”，而是因为电滞回线与铁磁铁的磁滞回线比较相似。
图2-1 磁滞回线与电滞回线
2.2多铁性简介
过去十年是多铁性材料的研究热潮。根据定义，单相多铁是同时具有两种或两种以上的“铁性”的有序参数——铁电性、铁磁性和铁弹性的材料。然而，这些对比鲜明的有序参量实际上是相互排斥的。固体中的电和磁有最常是分开考虑的，因为是电子和离子中的电荷负责电荷效应，而电子自旋负责磁特性的。不同离子的未补偿自旋之间的交换相互作用引发长范围的磁有序，起因于离子之间的电子虚跃移。在这方面，两种机制没有多大的不同，但在铁电性（这一般是d轨道空的过渡金属氧化物）和磁性（需要部分填充d轨道）的填充d轨道的要求的差异使得这两个有序状态相互排斥。
铁电磁材料是一种因结构参量有序而造成铁电性和铁磁性共存并且具有磁电耦合性质的材料[9]。这种材料弥补了纯的（反-）铁电或者（反-）铁磁材料的单一功能性，而且同时表现出电和磁的有序性[10]。铁电性和铁磁性的同时存在可以促使这种材料由电场诱导产生磁场，同时磁场也可诱发电极化，这种性质即为磁电效应[11]。这种磁电效应在新型存储器上有着重要的应用价值。另外，多铁性材料的磁电耦合效应也可能在自旋电子器件方面起到应用，并且这种耦合对基础物理起到非常重要的意义。因此，寻找这些材料是由通过施加磁场控制电荷和通过施加电压控制自旋和新形式的多功能应用的前景驱动。磁电耦合的多铁性的罕见可通过调查许多因素包括对称性，电子性质，和化学性而被理解。只有13个点群会引发多铁性。