本发明专利技术公开了一种多铁材料Ｂｉ２ＮｉＴｉＯ６磁性能和铁电性能的调控方法，具体为：对多铁材料Ｂｉ２ＮｉＴｉＯ６进行退火处理，通过控制退火温度，实现Ｎｉ离子和Ｔｉ离子的价态的变化和电子自旋排列方式的变化来调整磁矩大小和作用形式以及铁电性能强度。通过对多铁材料Ｂｉ２ＮｉＴｉＯ６退火处理可以研究电子转移对磁性和电性能的影响，深入理解多铁材料的相互作用机制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种钙钛矿多铁材料的磁性能和铁电性能的调控方法。
技术介绍
对于Bi系ABO3型钙钛矿多铁性材料来说，A位的Bi离子6s2孤对电子使晶格发 生畸变，提供产生极化的动力。而B位一般是单一的或者是多个能够提供磁性的金属离子。 B位离子之间是否有相互作用，或相互作用的类型决定于材料的是否有磁有序或磁有序的 类型。而相互作用的强弱则决定磁有序度存在的温度区间。对于磁电耦合来说，由于Bi系 ABO3型钙钛矿多铁性材料的铁电性能是由于6s2孤对电子提供，而加磁场(电场)会对磁有 序(电有序)进行调控，从而引起晶格的变化，进而对电有序(磁有序)进行调控，达到磁 (电)对电(磁)性能的调控。对于B位金属离子间价态即电荷可以在离子之间转移的体 系来说，B位离子之间电荷的转移会影响它们之间的相互作用的类型和改变每个离子上的 电子自旋排布情况，从而决定其磁性的类型或者是复杂的混磁态结构，进而调控其电性能。 通过对多铁材料Bi2NiTi06退火处理可以研究电子转移对磁性和电性能的影响，深入理解 多铁材料的相互作用机制。该机制的深入研究可以对磁电耦合材料器件设计的关键工艺提 供理论指导。
技术实现思路
本专利技术提供一种通过退火处理，对多铁材料Bi2NiTiO6磁性能和铁电性能调控的方法。为实现上述目的，本专利技术的多铁材料Bi2NiTiO6磁性能和铁电性能的调控方法，具 体为对多铁材料Bi2NiTiO6进行退火处理，通过控制退火温度，实现Ni离子和Ti离子的价 态的变化和电子自旋排列方式的变化，来调整磁矩大小和作用形式以及铁电性能强度。进一步，所述退火温度为150°C -550°C。进一步，所述退火处理的时间为3-20小时。进一步，所述退火处理是在空气、氮气、氧气或者惰性气体的气氛下进行的。进一步，随着所述退火温度的改变，所述多铁材料Bi2NiTiO6的磁矩、电阻率和最 大极化强度跟随改变。本专利技术的多铁材料Bi2MTi06的磁性能和铁电性能的调控方法，通过对多铁材料 Bi2NiTi06退火处理可以研究电子转移对磁性和电性能的影响，深入理解多铁材料的相互 作用机制。附图说明图1为本专利技术Bi2NiTi06材料，通过中子测量和软件拟合的中子图谱；图2为本专利技术Bi2NiTi06材料XRD图谱和软件拟合图谱；图3为本专利技术Bi2NiTi06材料通过升降温测得的介电常数和损耗；3图4为本专利技术Bi2NiTi06材料顺磁区域居里外斯拟合得到的有效磁矩以及居里外 斯温度随退火温度的变化关系；图5为本专利技术Bi2NiTi06材料在不同后处理后测得的磁化率随温度的变化；图6为本专利技术Bi2NiTi06材料中电阻率随着退火温度变化的相应变化；图7为本专利技术Bi2NiTi06材料室温的最大极化强度和矫顽场随着不同后处理温度 的变化。具体实施例方式本专利技术中的单相多铁材料为Bi2NiTiO6，该材料为单相的正交结构？112#结构，其 中Bi离子的6S2孤对电子是该材料呈现铁电性的来源，Ni离子和Ti离子的价态变化和电 子在两者之间的转移影响磁性离子之间的相互作用形式和强度。性能可调控的多铁材料Bi2NiTiO6，其结构确定具体为1)将高压合成的Bi2NiTiO6多晶陶瓷研磨成颗粒在微米级粉末，通过χ光衍射得 到衍射强度随着衍射角的变化关系图，如图2所示；2)将高压合成的Bi2NiTiO6多晶进行中子衍射，得到衍射强度随着衍射角的变化 关系图，如图1所示；3)将图谱通过分析软件Fullprof和GSAS进行结构标定；4)最终标定的晶体空间群为允许铁电极化存在的非中心对称的Pn2ia。如图3所示，该多铁材料Bi2NiTiO6介电性能测量发现在513K附近发生明显热滞 的一级铁电相变。磁性测量表明在60K附近发生一个反铁磁相变，低温为一个反铁磁相互 作用的自旋玻璃。通过对样品在空气中的后退火处理发现样品对处理条件非常敏感。我 们分别对高压合成Bi2NiTiO6样品在150°C、30(TC、45(rC、55(rC退火3_20个小时，退火气 氛分别有空气、氧气、氢气、氮气等。通过性能比较，发现性能变化对于退火气氛和退火时间 (3-20小时)并不敏感，而主要是受退火温度影响。为了方便比对，本专利技术中Bi2NiTiO6样品 退火条件分别为在空气中150°C、300°C、45(rC、55(rC退火16个小时。退火会改变Bi2NiTiO6 陶瓷样品中Ni和Ti离子的价态的变化以及自旋排列方式的变化。图4和图5给出磁化率和有效磁矩随着退火温度的变化关系，从图中可以看出， 对于未退火的样品，Bi2NiTiO6样品以Ni2+和Ti4+为主要价态，给出的顺磁有效磁矩为 2. 83 μ B ；当退火温度为300°C时，价态以Ni3+和Ti3+为主，此时对应的顺磁有效磁矩最大， 为4. 24 μ B ；进一步退火，当退火温度为550°C时价态仍以Ni3+和Ti3+为主，但自旋排列方式 发生变化，此时对应的有效磁矩为2. 45 μ B。而自旋排列方式的变化必然引起Bi2NiTiO6陶 瓷样品的电阻变化。图6给出的是Bi2NiTiO6陶瓷样品中电阻率随着退火温度变化的相应变化。从图 中可以看出电阻率随着退火温度的升高迅速下降，发生5个数量级的巨大变化。当退火温 度为300°C时电阻率最小约为106Ω .cm.进一步退火电阻率向增大的方向变化。如果电阻 率的变化是由于退火产生氧空位单纯引起的，电阻率应该随着退火温度升高单调减小。但 实验数据却非单调变化。因此电阻率变化和自旋排列方式的变化紧密联系在一起。从图7中可以看出随着退火温度升高铁电最大极化强度也发生了 1个数量级的变 化，当退火温度到达300°C，最大极化强度达到最大，为8yC/cm2。进一步退火最大极化强4度向减小的方向变化。对应的矫顽场随退火温度的变化也发生相应的变化，这种变化对应 着Bi2MTiO6陶瓷样品中顺磁有效磁矩的变化也就是自旋排列方式的变化。而磁性能变化 和铁电性能的变化是一一对应的，相互关联在一起，在Bi2MTiO6体系中成功通过磁性能对 铁电性能进行调控。为了进一步排除氧空位对于铁电性能的影响，我们将Bi2NiTiO6陶瓷样 品分别在氧气中和氮气中在不同温度(100-60(TC)退火16个小时，之后对其铁电性进行测 量。发现无论是在氧气中还是在氮气中退火的样品，相对未退火的样品其铁电性能也得到 明显增强。通过实验进一步证实铁电性的变化是和自旋排列方式也就是磁性的变化直接联 系在一起。本专利技术的退火温度并不局限于具体实施方式中所列温度，其它退火温度下对铁 电材料的磁性能和铁电性能的影响在此不多做熬述。 需要指出的是根据本专利技术的具体实施方式所做出的任何变形，均不脱离本专利技术的 精神以及权利要求记载的范围。权利要求一种多铁材料Bi2NiTiO6磁性能和铁电性能的调控方法，具体为对多铁材料Bi2NiTiO6进行退火处理，通过控制退火温度，实现Ni离子和Ti离子的价态的变化和电子自旋排列方式的变化来调整磁矩大小和作用形式以及铁电性能强度。2.如权利要求1所述的多铁材料Bi2NiTiO6磁性能和铁电性能的调控方式，其特征在 于，所述退火温度为150°C -550°C。3.如权利要求1所述的多铁材料Bi2MTiO6磁性能和铁本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多铁材料Ｂｉ↓［２］ＮｉＴｉＯ↓［６］磁性能和铁电性能的调控方法，具体为：对多铁材料Ｂｉ↓［２］ＮｉＴｉＯ↓［６］进行退火处理，通过控制退火温度，实现Ｎｉ离子和Ｔｉ离子的价态的变化和电子自旋排列方式的变化来调整磁矩大小和作用形式以及铁电性能强度。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱金龙，冯少敏，王丽娟，刘青清，李凤英，靳常青，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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