1、 中文 5240 字 ， 3580 单词， 18900 字符 出处： Materials Science and Engineering B 176 (2011) 990 995 毕 业 论 文 外 文 文 献 译 文 及 原 文 学 生： 学 号： 院 （系）： 材料科学与工程学院 专 业： 指导教师： 2014 年 6 月 16 日 1 (Bi1-xPrx)(Fe0.95Mn0.05)O3薄膜的多铁性能研究 文征，尤路，沈烜，李雪飞，吴迪，王俊玲，李爱东 南京理工大学材料科学与工程学院固体微结构物理国家重点实验室， 中国 南京 210093 新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院 63979
2、8，新加坡 （于 2011 年 1 月 19 号收到； 2011 年 3 月 26 日修订） 摘要： 本文系统的研究了 Pr掺杂对 Bi(Fe0.95Mn0.05)O3结构，铁磁性，铁电性的影响。 X 射线衍射以及拉曼光谱结果证实，当 Pr 掺杂量为 15%左右时， BFO 将会发生三方相到四方相的相转变。 X 射线光电子能谱法则测试表明 Pr掺杂能抑制薄膜中 Fe2+的形成。室温下，在相界面组成附近观察到了较强的铁磁性。掺杂 15%的 Pr 时， BFMO 薄膜的剩余磁化强度增大，这可以理解为考虑了相界面上的近程倾斜 G 型反铁磁有序结构的改变，以及由 Pr 掺杂而引起的 BFO 长程非对称
3、螺旋自旋受到抑制两者的影响。与此同时，当 Pr 的掺杂浓度低于 20%时，未掺杂的 BFO 能维持很大的铁电剩余极化强度。掺杂 15%的 Pr 时，薄膜表现出 62C/cm2 的高极化强度，以及 217kV/cm 的低矫顽场。这些结果表明，掺杂 BFO 相界面附近的组分由于同时表现出强的铁磁性和极佳的铁电性，可能成为多功能材料的理想候选材料。 关键词： 铁电体，磁有序材料，相变 1.引言 同时具有优良铁电性和铁磁性的多铁材料，因其在新型多功能材料方面的潜在应用前景，吸引了众多科学技术领域专家的兴趣，如多态记忆材料和电控磁性材料。 BFO由于具有较高的有序温度而成为研究得最多的多铁性氧化物。 B
4、FO， 居里温度为 1100K，单晶或薄膜在室温下有很大的剩余极化强度，约为 60-100C/cm2。它被认为是制作铁电随机存储器的理想材料。然而，由于 Fe2+和氧空位的存在， BFO具有很大的漏导，限制了 BFO的应用。近年来，有研究表明向 BFO薄膜中掺入 Ln和过渡金属离子，能有效减小漏导，从而提高铁电性能。 Singh等人发现相比于纯相 BFO薄膜， La/Ni共掺杂的 BFO的漏电流密度降低了 3个数量级。向 BFO薄膜中掺杂 Nd/Mn， Sm/Cr， Pr/Mn时观察到了类似的现象。另一方面，三方相 BFO在室温下具有反铁磁性，有报道称在 La， Nd， Pr， Sm， Tb掺
5、杂的 BFO陶瓷和薄膜中观察到了很好的铁磁性能。优良的铁磁性能为设计 BFO基材料的微电子器件提供了一个额外的自由度。该材料的剩余磁化强度常随着稀土离子掺杂浓度的增加而提高。然而，稀土离子掺杂取代 Bi离子常常会使铁电自发极化值减小，从而导致总体的多铁性能变差。最近我们研究发现 Pr取代的 BPFMO粉体在其三方 /四方相界面上观察到了较大的 Mr。发现一种在室温下既有较好的铁磁性又有优良的铁电性能的多铁材料将是一件很令人欣喜的事。只可惜，由于 BPFMO陶瓷存在很大的漏导电流和较小的击穿电场，饱和极化 强度-电场回线（电滞回线）无法测出，不能评测其多铁性能。 研究中，我们发现 BPFMO 薄
6、膜的结构、磁性、电性能与 Pr 掺杂浓度有关。在粉体中，当 Pr 掺杂浓度为 15%时，能观察到一个三方 /四方晶型结构相转变。 BPFMO 薄膜在结构转变组成区表现出最强的铁磁性。讨论时将相边界的结构畸变因素考虑在内。并且发现 Pr 的取代能有效的抑制漏电流，提高 BFO 的铁电性。在相边界组成附近也观察到了强的剩余极化强度和低的矫顽场。 2 2.实验 实验用化学溶解沉积法在 Pt/TiO2/SiO2/Si基片上沉积制备了 (Bi1-xPrx)(Fe0.95Mn0.05)O3(x=0.00， 0.09，0.12， 0.15， 0.20)薄膜。用前人用的溶胶凝胶法，将 Bi(NO3)35H2O(99%)、 Fe(NO3)39H2O(98.5%)、Mn(CH2COO)22H2O(99%)、 Pr(
