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Gd,Co共掺杂对BiFeO3陶瓷电输运和铁磁特性的影响

宋桂林 周晓辉 苏健 杨海刚 王天兴 常方高

Gd,Co共掺杂对BiFeO3陶瓷电输运和铁磁特性的影响

宋桂林, 周晓辉, 苏健, 杨海刚, 王天兴, 常方高
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  • 采用快速液相烧结法制备BiFeO3和Bi0.95Gd0.05Fe1-xCoxO3 (x= 0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2)陶瓷样品,研究Gd, Co共掺杂对BiFeO3微观结构, 介电性能和铁磁性的影响. X射线衍射谱表明:所有样品的主衍射峰与纯相BiFeO3相符合且 具有良好的晶体结构,随着Co3+掺杂量x的增大, Bi0.95Gd0.05Fe1-xCoxO3样品的主衍射峰(104)与(110)逐渐相互重叠, 当x大于0.1时, 样品呈现正方晶系结构; J-V特性显示Gd3+, Co3+共掺杂有效地降低BiFeO3陶瓷的漏导电流,其降低幅度为1-2个数量级; 当f=103 Hz时, Bi0.95Gd0.05Fe0.8Co0.2O3的介电常数是BiFeO3的6倍, 而Bi0.95Gd0.05Fe0.95Co0.05O3和 Bi0.95Gd0.05Fe0.85Co0.15O3样品的介电损耗最小,均为0.01.室温下, Bi0.95Gd0.05Fe1-xCoxO3样品磁性与BiFeO3相比显著增强. 在磁场为30 kOe的作用下,Bi0.95Gd0.05Fe1-xCoxO3 (x= 0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2)的剩余磁化强度Mr分别是BiFeO3的34, 60, 105, 103, 180倍.样品磁性增强的主要原因是Gd, Co掺杂使BiFeO3的晶格结构发生变化导致BiFeO3自身储存的磁性能被释放, Gd3+的4f电子与Fe3+或Co3+的3d电子自旋相互作用及样品中存在局域的 Fe-O-Co磁耦合三者共同作用的结果.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 60571063); 河南省重点科技攻关项目(批准号: 122102210191); 河南省教育厅自然科学研究计划(批准号: 2011A140014)和 河南师范大学青年基金(批准号: 2010qk02)资助的课题.
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    Yang S Y, Martin L W, Byrnes S J, Conry T E, Basu S R, Paran D, Reichertz L, Ihlefeld J, Adamo C, Melville A, Chu Y H, Schlom D G, Ager J W, Ramesh R 2009 Appl. Phys. Lett. 95 062909

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    Kawae T, Tsuda H, Morimoto A 2008 Appl. Phys. Express 1 051601

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出版历程
  • 收稿日期:  2012-01-09
  • 修回日期:  2012-02-25
  • 刊出日期:  2012-09-05

Gd,Co共掺杂对BiFeO3陶瓷电输运和铁磁特性的影响

  • 1. 河南师范大学物理与信息工程学院, 新乡 453007;
  • 2. 河南省光伏材料重点实验室, 新乡 453007
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 60571063)

    河南省重点科技攻关项目(批准号: 122102210191)

    河南省教育厅自然科学研究计划(批准号: 2011A140014)和 河南师范大学青年基金(批准号: 2010qk02)资助的课题.

摘要: 采用快速液相烧结法制备BiFeO3和Bi0.95Gd0.05Fe1-xCoxO3 (x= 0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2)陶瓷样品,研究Gd, Co共掺杂对BiFeO3微观结构, 介电性能和铁磁性的影响. X射线衍射谱表明:所有样品的主衍射峰与纯相BiFeO3相符合且 具有良好的晶体结构,随着Co3+掺杂量x的增大, Bi0.95Gd0.05Fe1-xCoxO3样品的主衍射峰(104)与(110)逐渐相互重叠, 当x大于0.1时, 样品呈现正方晶系结构; J-V特性显示Gd3+, Co3+共掺杂有效地降低BiFeO3陶瓷的漏导电流,其降低幅度为1-2个数量级; 当f=103 Hz时, Bi0.95Gd0.05Fe0.8Co0.2O3的介电常数是BiFeO3的6倍, 而Bi0.95Gd0.05Fe0.95Co0.05O3和 Bi0.95Gd0.05Fe0.85Co0.15O3样品的介电损耗最小,均为0.01.室温下, Bi0.95Gd0.05Fe1-xCoxO3样品磁性与BiFeO3相比显著增强. 在磁场为30 kOe的作用下,Bi0.95Gd0.05Fe1-xCoxO3 (x= 0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2)的剩余磁化强度Mr分别是BiFeO3的34, 60, 105, 103, 180倍.样品磁性增强的主要原因是Gd, Co掺杂使BiFeO3的晶格结构发生变化导致BiFeO3自身储存的磁性能被释放, Gd3+的4f电子与Fe3+或Co3+的3d电子自旋相互作用及样品中存在局域的 Fe-O-Co磁耦合三者共同作用的结果.

English Abstract

参考文献 (24)

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