【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料领域。具体地，本专利技术涉及磁场可调控的位移型铁电体及其制备方法。
技术介绍
1、位移型铁电体是指材料在某一温度下通过晶格中离子的移动，导致其正负电荷中心不重合，因此即使没有外加电场，也能产生电偶极矩，并且其自发极化可以在外电场作用下改变方向。若在某一方向上给铁电体施加外力使材料发生形变，其内部会发生极化并在表面产生电荷，这就是压电效应。由于这种电场，压力可调节的电极化特性，使得铁电材料被广泛应用于信息存储、传感以及驱动行业。
2、近年来，同时具有铁电性和磁有序的磁电多铁性材料引起人们的广泛关注。在这种材料中，外磁场可以调控电极化，外电场可以调控磁化强度，这种磁电相互耦合的特性使得磁电多铁性材料在未来的信息存储以及多功能传感领域具有广泛的应用前景。由于位移型铁电体它的铁电极化通常和磁性离子无关，因此外磁场很难调控材料中的电极化。容易想到，如果能找到一种材料，它的磁性和铁电性是由同一个离子诱导的，那么这种材料就有可能在位移型铁电体发现较强的磁电耦合现象。
3、然而这种材料体系非常稀少，钙钛矿sr1-xbaxmno3(0.45<x<0.5)是其中的一个例子，但是它具有较稳定的磁结构以及较大的漏电电流，导致在实验中并没有直接观察到强的磁电耦合效应。
4、现有技术“multi-k spin ordering in cafe3ti4o12 stabilized by spin-orbitcoupling and further-neighbor exchange,midor
5、因此，目前急需一种具有大的磁场可调节的电极化强度以及大的磁电耦合系数的磁场可调控的位移型铁电体。
技术实现思路
1、鉴于此，本专利技术的目的是提供一种磁场可调控的位移型铁电体，该磁场可调控的位移型铁电体具有大的磁场可调节的电极化强度以及大的磁电耦合系数。本专利技术的又一目的在于提供制备本专利技术的磁场可调控的位移型铁电体的方法。
2、本专利技术的上述目的是通过如下技术方案实现的。
3、在本专利技术的上下文中，术语“室温”是指本领域常规的含义，大约为0-40℃。
4、一方面，本专利技术提供一种磁场可调控的位移型铁电体，其化学式为cafe3ti4o12，所述磁场可调控的位移型铁电体室温下的空间群为im-3，晶格常数为α＝β＝γ＝90°；所述磁场可调控的位移型铁电体在温度107k时发生顺电到铁电的相变；并且所述磁场可调控的位移型铁电体在温度107k以下的晶体空间群转变为r3。
5、优选地，在本专利技术所述的磁场可调控的位移型铁电体中，所述磁场可调控的位移型铁电体在107k时的晶格常数为α＝β＝90°，γ＝120°。
6、优选地，在本专利技术所述的磁场可调控的位移型铁电体中，所述磁场可调控的位移型铁电体在5k时的晶格常数为α＝β＝90°，γ＝120°。
7、优选地，在本专利技术所述的磁场可调控的位移型铁电体中，使用同步辐射x射线衍射，波长为其以2θ角度表示的107k下的x射线粉末衍射图谱在12.258°、17.370°、22.199°、27.632°、30.972°、34.549°、40.995°、43.901°处具有衍射峰，2θ角度测量误差为±0.0036°，相对峰强分别为100％、35.6％、0.945％、13.8％、0.445％、0.160％、0.256％、0.232％。
8、优选地，在本专利技术所述的磁场可调控的位移型铁电体中，使用同步辐射x射线衍射，波长为其以2θ角度表示的5k下的x射线粉末衍射图谱在12.265°、17.379°、22.207°、27.641°、30.981°、34.603°、41.006°、43.911°处具有衍射峰，2θ角度测量误差为±0.0036°，相对峰强分别为100％、34.8％、1.63％、13.9％、0.765％、0.411％、0.526％、0375％。
9、具体的，在本专利技术所述的磁场可调控的位移型铁电体中，使用同步辐射x射线衍射，波长为其以2θ角度表示x射线粉末衍射的衍射峰在107k和5k时具有如表1所示的位置和相对强度。
10、表1.磁场可调控的位移型铁电体cafe3ti4o12在107k和5k下同步辐射x射线粉末衍射的衍射峰的位置和相对强度。
11、
12、
13、优选地，在本专利技术所述的磁场可调控的位移型铁电体中，所述磁场可调控的位移型铁电体在2k时，外磁场可调节的电极化强度为0.1μc cm-2且在磁场为0.8t时具有500psm-1的磁电耦合系数。
14、另一方面，本专利技术提供一种制备本专利技术的磁场可调控的位移型铁电体的方法，其包括以下步骤：
15、(1)将cao、fe2o3、fe和tio2在保护性气体环境中充分研磨混合，得到混合物；
16、(2)将所述混合物密封包裹后，进行加温加压处理；
17、(3)任选地，将步骤(2)中的处理产物降温降压。
18、本申请的专利技术人出乎意料地发现，通过本专利技术使用的高温高压合成方法，得到的cafe3ti4o12材料纯度极高，并且在低温(107k以下)下能够相变，由im-3转变为r3，进而本专利技术的磁场可调控的位移型铁电体在温度107k时发生顺电到铁电的相变。不希望受理论束缚，这可能是由于本专利技术的cafe3ti4o12材料的纯度更高，合成的产物具有严格的元素比例导致的。
19、优选地，在本专利技术的方法中，所述步骤(1)中的cao、fe2o3、fe和tio2的摩尔比例为cao:fe2o3:fe:tio2＝1:1:1:4。
20、优选地，在本专利技术的方法中，所述保护性气体为氮气、氦气、氩气中的一种或几种。
21、优选地，在本专利技术的方法中，所述步骤(1)中的研磨是通过在玛瑙研钵中研磨1至2小时进行的。
22、优选地，在本专利技术的方法中，所述步骤(2)中的密封包裹是通过金胶囊或者铂金胶囊进行的。
23、优选地，在本专利技术的方法中，所述金胶囊或铂金胶囊为圆筒形。
24、优选地，在本专利技术的方法中，所述金胶囊或铂金胶囊的直径为2-10mm，高度为2-10mm，厚度为0.1-1mm。
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1.一种磁场可调控的位移型铁电体，其化学式为CaFe3Ti4O12，所述磁场可调控的位移型铁电体室温下的空间群为Im-3，晶格常数为α＝β＝γ＝90°；所述磁场可调控的位移型铁电体在温度为107K时发生顺电到铁电的相变；并且所述磁场可调控的位移型铁电体在温度为107K以下时的晶体空间群转变为R3。
2.根据权利要求1所述的磁场可调控的位移型铁电体，其中，所述磁场可调控的位移型铁电体在温度为107K时的晶格常数为α＝β＝90°，γ＝120°；
3.根据权利要求1所述的磁场可调控的位移型铁电体，其中，使用同步辐射X射线衍射，波长为其以2θ角度表示的温度为107K时的X射线粉末衍射图谱在12.258°、17.370°、22.199°、27.632°、30.972°、34.549°、40.995°、43.901°处具有衍射峰，2θ角度测量误差为±0.0036°，相对峰强分别为100％、35.6％、0.945％、13.8％、0.445％、0.160％、0.256％、0.232％；
4.根据权利要求1所述的磁场可调控的位移型铁电体，其中，所述磁场可调控的位
5.一种制备权利要求1-4中任一项所述的磁场可调控的位移型铁电体的方法，其包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述步骤(1)中的CaO、Fe2O3、Fe和TiO2的摩尔比例为CaO:Fe2O3:Fe:TiO2＝1:1:1:4；
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述步骤(2)中的密封包裹是通过金胶囊或者铂金胶囊进行的；
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述步骤(2)中的处理是在如下条件下进行的：温度为800-1200℃，压力为5～10GPa，时间为10分钟以上，优选10-60分钟；
9.根据权利要求5所述的方法，其中，所述步骤(3)中降温是指用时小于等于30秒或用时1-10小时将产物降至室温。
10.根据权利要求5所述的方法，其中，所述步骤(3)中降压是指在5-24小时内将产物降至环境压力。
...【技术特征摘要】
1.一种磁场可调控的位移型铁电体，其化学式为cafe3ti4o12，所述磁场可调控的位移型铁电体室温下的空间群为im-3，晶格常数为α＝β＝γ＝90°；所述磁场可调控的位移型铁电体在温度为107k时发生顺电到铁电的相变；并且所述磁场可调控的位移型铁电体在温度为107k以下时的晶体空间群转变为r3。
2.根据权利要求1所述的磁场可调控的位移型铁电体，其中，所述磁场可调控的位移型铁电体在温度为107k时的晶格常数为α＝β＝90°，γ＝120°；
3.根据权利要求1所述的磁场可调控的位移型铁电体，其中，使用同步辐射x射线衍射，波长为其以2θ角度表示的温度为107k时的x射线粉末衍射图谱在12.258°、17.370°、22.199°、27.632°、30.972°、34.549°、40.995°、43.901°处具有衍射峰，2θ角度测量误差为±0.0036°，相对峰强分别为100％、35.6％、0.945％、13.8％、0.445％、0.160％、0.256％、0.232％；
4.根据权利要求1所述的磁场可调控的位移...
【专利技术属性】
技术研发人员：龙有文，卢达标，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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