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《清华大学》 2012年
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Fe_(1+x)V_(2-x)O_4(0≤x≤1)铁氧体中的电磁特性研究

刘娜  
【摘要】:单相多铁材料中的铁电性基本上是由非共线磁结构引起的,而铁氧体中由于晶格、轨道、自旋和电荷之间复杂的相互作用而表现出奇特的晶格和磁结构。本文系统研究了Fe_(1+x)V_(2-x)O_4(0≤x1)铁氧体的电磁性质随组分的演化规律,以期加深理解铁氧体体系中多种自由度之间的相互作用和多铁效应产生的物理机制,为寻找具有更高转变温度的多铁材料提供新的线索。 本论文首先系统地研究了Fe_(1+x)V_(2-x)O_4(0≤x≤0.4)体系的结构和电磁特性随成分的演化规律。当0≤x0.35时,从高温到低温体系存在三个连续的相变:TS处立方顺磁相-高温四方顺磁相(晶格参数ca);TN1处高温四方顺磁相-正交共线亚铁磁相;TN2处正交共线亚铁磁相-低温四方非共线亚铁磁相(ca)。我们发现在TN2温度以下非共线磁结构导致了很强的铁电性,x=0的样品在40kV/m的电场下,10K时的饱和极化强度高达142μC/m~2,远远高于迄今发现的单相多铁材料的饱和极化强度。外加1T的磁场,极化强度下降了22.7%。随着x的增大,A位的Jahn-Teller效应减弱,AB次晶格之间的亚铁磁相互作用加强,使得TS和TN2逐渐降低,铁电性减弱,而TN1逐渐增大。原TN2处的正交共线相-低温四方非共线相(ca)的相变消失,同时铁电性消失。我们的实验结果表明,x≈0.35是体系的一个临界成分。我们用自旋电流模型(spin-current model)解释了低温铁电性随成分的演化过程。 其次我们研究了Fe_(1+x)V_(2-x)O_4(0≤x≤0.5)体系的电输运性质。我们发现在0≤x0.35浓度区间内体系的高温电阻率遵从变程跳跃模型,而当x≥0.35时高温电阻率符合简单的热激发模型。在临界浓度x≈0.35处,体系显示显著的磁阻效应,1T磁场下亚铁磁转变温度处的磁阻达到12.7%。 随后我们研究了Fe_(1+x)V_(2-x)O_4(0.5≤x1)的交、直流磁性质。发现x≈0.8是Fe_(1+x)V_(2-x)O_4(0≤x1)体系饱和磁矩等于零的临界补偿点,首次发现了该成分下的负磁化效应。我们根据矫顽力及A、B次晶格磁矩随温度变化的依赖关系,定性解释了体系的负磁化现象。 最后我们研究了Fe_(1+x)V_(2-x)O_4的介电特性,在室温附近发现了一个不随频率变化的介电实部峰。仔细的研究表明,该介电峰不是通常文献中所说的铁电相变峰,而是由于样品在空气中测量时吸水引起的。对于其它多孔性多晶样品,这个现象普遍存在。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TM277

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