Sr、Co共掺多铁性材料BiFeO3的性能
基金项目：
国家自然科学基金（５１３７２１１９）；南京邮电大学科研项目（ＮＹ２１７０９６；ＮＹ２１４０１４）；大学生创新创业训练计划 熊建功：
男，１９９１年生，硕士，主要从事材料物理特性研究 Ｅ-ｍａｉl ：１５０８２９０６５３０＠１６３．ｃｏｍ 李永涛：通信作者，男，１９７７年生，博士，副教授，主要从事多铁材料微结构及磁性研究 Ｅ-ｍａｉl ：lｉｙｔ＠ｎｊｕｐｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
Sr 、Co 共掺多铁性材料BiFeO 3的性能
熊建功１，张创伟１，王 康１，孔令仪２，赵弋菲３，陈 龙３，李永涛１，
３
（１ 南京邮电大学电子科学与工程学院，南京２１００２３；２ 南京邮电大学通信与信息工程学院，
南京２１００２３；３ 南京邮电大学理学院，
南京２１００２３）摘要 利用溶胶-凝胶法制备了ＢｉＦｅO ３、Ｂｉ０．９５Ｓｒ０．０５ＦｅO ３、ＢｉＦｅ０．９５Ｃｏ０．０５O ３和Ｂｉ０．９５Ｓｒ０．０５Ｆｅ０．９５Ｃｏ０．０５O ３样品，并对样品的结构、形态、元素含量、铁电性和铁磁性进行了研究。结果表明，共掺杂样品Ｂｉ０．９５Ｓｒ０．０５Ｆｅ０．９５Ｃｏ０．０５O ３的晶体结构发生了变化，铁电性明显增强，但漏电流变大；Ｂｉ０．９５Ｓｒ０．０５ＦｅO ３、ＢｉＦｅ０．９５Ｃｏ０．０５O ３样品的磁性都有所增强，但Ｂｉ０．９５Ｓｒ０．０５Ｆｅ０．９５Ｃｏ０．０５O ３样品的磁性并没有随着Ｓｒ和Ｃｏ的共同掺杂而进一步提高，从氧空位浓度、Ｆｅ-O 共价键结构的变化和晶体尺寸三个方面对产生这种现象的原因进行了分析。
关键词 多铁性材料 铁电性 铁磁性 拉曼光谱
中图分类号：O４６９ 文献标识码：Ａ DOI ：１０．１１８９６／ｊ．
ｉｓｓｎ．１００５-０２３Ｘ．２０１８．１０．００２Pro p ert y of Sr and Co Codo p ed Multiferroic Material BiFeO 3
ＸIOＮＧＪｉａｎｇｏｎｇ１，ＺＨＡＮＧＣｈｕａｎｇｗｅｉ１，ＷＡＮＧＫａｎｇ１，ＫOＮＧＬｉｎｇｙｉ２，
ＺＨＡO Ｙｉｆｅｉ３，ＣＨＥＮＬｏｎｇ３，ＬI Ｙｏｎｇｔａｏ１，
３
（１ ＣｏllｅｇｅｏｆＥlｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｓｔｓａｎｄＴｅlｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００２３；２ Ｓｃｈｏｏl ｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄIｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｓｔｓａｎｄＴｅlｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００２３；
３ Ｓｃｈｏｏl ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｓｔｓａｎｄＴｅlｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００２３）
Abstract ＢｉＦｅO ３，Ｂｉ０．９５Ｓｒ０．０５ＦｅO ３，ＢｉＦｅ０．９５Ｃｏ０．０５O ３ａｎｄＢｉ０．９５Ｓｒ０．０５Ｆｅ０．９５Ｃｏ０．０５O ３ｓａｍｐlｅｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｓｏl
-ｇｅl ｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｍｏｒｐｈｏlｏｇｙ，ｅlｅｍｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔ，ｆｅｒｒｏｅlｅｃｔｒｉｃｉｔｙａｎｄｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｍｏｆｔｈｅｓａｍｐlｅｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕlｔｓｍａｎｉｆｅｓｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｒｙｓｔａl ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＢｉ０．９５Ｓｒ０．０５Ｆｅ０．９５Ｃｏ０．０５O ３ｈａｄｂｅｅｎｃｈａｎｇｅｄａｎｄｔｈｅｆｅｒｒｏｅlｅｃｔｒｉｃｉｔｙｅｎｈａｎｃｅｄｄｒａｍａｔｉｃａll ｙ，
ｂｕｔｔｈｅlｅａｋａｇｅｃｕｒｒｅｎｔｏｆｉｔｗａｓａlｓｏlａｒｇｅｒ．Ｓｉｍｕlｔａｎｅｏｕｓl ｙ，ｉｔｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＢｉ０．９５Ｓｒ０．０５ＦｅO ３ａｎｄＢｉＦｅ０．９５Ｃｏ０．０５O ３ｗｅｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｍｏｒｅｏｒlｅｓｓ．ＢｕｔｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＢｉ０．９５Ｓｒ０．０５Ｆｅ０．９５Ｃｏ０．０５O ３ｗａｓｃｏｎｓｔａｎｔｗｉｔｈＳｒａｎｄＣｏｃｏ
-ｄｏｐｅｄ．Ｔｈｅｒｅａｓｏｎｆｏｒｔｈｉｓｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｗｅｒｅａｎａl ｙｚｅｄｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｏｘｙｇｅｎｖａｃａｎｃｙｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎＦｅ-O ｃｏ-ｖａlｅｎｔｂｏｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｉｚｅｏｆｔｈｅｃｒｙｓｔａlｓｆｏｒａll ｔｈｅｓａｍｐlｅｓ．
Ke y words ｍｕlｔｉｆｅｒｒｏｉｃｍａｔｅｒｉａl ，ｆｅｒｒｏｅlｅｃｔｒｉｃ，ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ，Ｒａｍａｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ
０ 引言
多铁性材料是当前凝聚态物理学的研究热点之一，这类材料具有铁磁性（反铁磁性）、铁电性、铁弹性中的两种或多
种性质［１］
。多铁磁电材料中铁电性和铁磁性共存，形成磁电
耦合效应，使其在磁电存储器、自旋电子器件和传感器等方面具有广阔的应用前景。在这类材料中，ＢｉＦｅO ３（ＢＦO ）是一种特殊的材料，它的铁电-顺电相变居里温度（ＴＣ～１１０３Ｋ）
和反铁磁-顺磁相变奈尔温度（ＴＮ～６４３Ｋ）
均高于室温［２］
，使其在室温条件下就具有多铁性质。ＢＦO 铁电性的产生源于
６ｓ２构型的Ｂｉ３＋引起的结构畸变［３］
。中子散射实验已经表
明，ＢＦO 的反铁磁序不是空间均匀分布的，
而是存在一种空间调制结构，
这种摆线型结构的周期为６２ｎｍ［３-４］
。ＢＦO 的这种磁结构使其平均磁矩为零，没有净磁矩，不显示宏观磁性。但是若部分破坏这种摆线型结构，例如样品尺寸小于摆
线周期长度，
就可以增强ＢＦO 样品的铁磁性。通过Ａ／Ｂ位掺杂来提高ＢＦO 的铁磁性是目前研究的一个热点，Ａ位掺杂包括Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｈｏ等镧系稀土元
素［５-９］
。Ａ位之所以选择稀土元素作为Ｂｉ的取代元素，原因
有以下几点：
首先，稀土元素和Ｂｉ都是正三价，而且离子半径相近，这使得稀土元素能容易地取代部分Ａ位Ｂｉ离子，从而抑制Ｂｉ离子的挥发，减少氧空位，进而减小漏电流；其次，Ａ位稀土元素掺杂破坏了ＢＦO 的自旋调制结构，导致掺杂后ＢＦO 的磁性有所增强。此外，Ａ位掺杂还可选择用二价
的Ｂａ、Ｃａ碱土金属替代Ｂｉ离子［１０-１１］。Ｂ位的离子掺杂取代
主要以过渡金属离子为主。从目前研究来看，对ＢＦO 材料Ｂ
位进行掺杂的过渡金属主要有Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｃｏ等［１２-１５］。选择
上述过渡金属对Ｂ位进行取代的原因是：（１）非磁性的Ｔｉ４＋、Ｚｒ４＋等高价态阳离子对Ｆｅ３＋的取代，
高价态阳离子替换可减少氧空位，降低Ｆｅ２＋的浓度，减少Ｆｅ离子价态的变化，有效
·２８５１·材料导报Ｂ：研究篇 ２０１８年５月（
Ｂ）第３２卷第５期万方数据