多铁材料SmFe1-xCrxO3陶瓷的介电特性及磁相变的研究

采用溶胶-凝胶法制备SmFe1-xCrxO3(x=0~0.3)样品,研究Cr^3+掺杂对SmFeO3的晶体结构、介电特性及磁相变温度的影响。研究表明,所有样品的主衍射峰与SmFeO3标准图谱相吻合且具有良好的晶体结构,Cr^3+掺杂使其晶胞体积收缩,导致主衍射峰向衍射角(θ)较大的方向移动。SmFeO3的介电常数(εr)随着掺杂量(x)的增加逐渐减小,介电损耗(tanδ)随着Cr^3+的增加而增大,介电常数(εr)随频率(f)和掺杂量(x)的增加而逐渐减小的原因是由IBLC微观机制和偶极子取向极化机制两者共同作用的结果,其介电损耗主要是电导电流产生的损耗起主导作用,并发现SmFe1-xCrxO3的介电损耗峰随掺杂量的增加向高频方向迁移。SmFeO3的蜂腰状M-H随着Cr^3+的掺杂而消失且磁性也有所减弱,其自旋重组相变温度(TSR)和反铁磁相变温度(TN)随着Cr^3+的增加由原来的462,687K降低到428和536K。这主要是Cr^3+掺杂使SmFeO3晶格发生畸变,形成Fe^3+-O^2--Cr^3+磁交换作用,破坏了原有Fe^3+-O^2--Fe^3+反铁磁有序排列,降低了其G型反铁磁结构的稳定性,在宏观上表现为其铁磁性的减弱和磁相变温度TSR和TN的降低,进一步探讨了Cr^3+掺杂对SFO的介电性及铁磁性影响的微观机理,使其在自旋电子器件、磁制冷领域及磁性开关器件等方面的应用成为可能。

Ca^(2＋)掺杂对SmFeO_3的介电、铁磁特性及磁相变温度的影响

采用固相反应法制备Sm_(1-x)Ca_xFeO_3(x=0,0.1,0.2,0.3)样品,研究Ca^(2+)掺杂对SmFeO_3介电性能、铁磁性及磁相变温度的影响.X射线衍射图谱分析表明:所有样品的主衍射峰与SmFe03相符合且具有良好的晶体结构.随着x的增加,SmFeO_3样品的晶粒尺寸由原来的0.5μm逐渐增大到2μm.当f=1 kHz时,Sm_(1-x)Ca_xFeO_3(x=0.1,0.2,0.3)样品的ε_r分别是SmFe03的5倍、3倍和2.6倍,而tgσ增大一个数量级.在3T磁场作用下,SmFe03样品的M-H呈线性,随着x的增加,M-H逐渐趋向饱和,Sm_(1-x)Ca_xFeO_3(x=0.1,0.2,0.3)样品的M_r分别是SmFeO_3的20倍、31倍和68倍.X射线光电子能谱分析表明:Fe^(2+)和Fe3+共存于Sm_(1-x)Ca_xFeO_3样品中,Fe^(2+)/Fe^(3+)比例随着x的增加而增大,证明Ca^(2+)掺杂增加了Fe^(2+)的含量,形成Fe^(2+)—O^(2-)—Fe^(3+)超交换作用,增强SmFe03的铁磁特性.测量了Sm_(1-x)Ca_xFeO_3样品在外加磁场为1000 Oe(1 Oe=79.5775 A/m)的M-T变化关系,观测到其自旋重组温度(T_(SR))和尼尔温度(T_N)分别为438 K和687 K,发现SmFe03样品的T_(SR)和T_N均随着x的增加向低温方向移动,当x=0.3时,自旋重组现象消失.这主要是SmFeO_3样品磁结构的稳定性和Fe^(3+)—O^(2-)—Fe^(3+)及Sm^(3+)—O^(2-)—Fe^(3+)超交换三者共同作用的结果.