1、 外延 BiFeO3 (BFO)薄膜制備與多鐵性表征 參考文獻：參考文獻： 1 Wang J. Neaton J B，Zheng H et al. Science， 2003， 299： 1719 2遲振華 , 靳常青. 物理學進展 , 2007 , 27 : 225 3王克鋒, 劉俊明, 王雨 .科學通報, 2008 ,53(10): 1098 -1135 4劉俊明,南策文.物理,2014,43(2):88-98contents1、磁電效應與多鐵材料、磁電效應與多鐵材料2 、脈沖激光沉積技術脈沖激光沉積技術（PLD）3 、BiFeO3 (BFO)薄膜多薄膜多鐵鐵性性磁電效應磁電效應 與傳統(tǒng)意

2、義上的麥克斯韋方程組所表示的電磁耦合不同，磁電效應所涉及的電磁耦合指的是表征介質磁學性質和介電性質的序參量，即磁化強度（M）和電極化強度（p）之間存在的耦合性質；基于此，外加電場若能改變介質的磁學性質或者外加磁場能改變介質的電極化性質，稱為磁電效應(magnetoelectric effect). 正磁電效應 P=AH 逆磁電效應 M=AE磁電效應起源磁電效應起源 磁電效應的產生源于電子同時是電荷和自旋的載體。即外場能夠以靜電力、靜磁力和洛倫茲力的形式改變電子的物理狀態(tài)。而電子的自旋狀態(tài)對物質的磁性有決定作用，電子的運動狀態(tài)則直接和間接地決定了物質的介電性質。 兩種方向 a電子自旋狀態(tài)改變-

3、自旋軌道耦合作用等- 電離子實構成晶格畸變伸縮- 鐵電性產生 b帶電離子實發(fā)生位移 -磁性離子間磁相互作用 -材料磁性變化脈沖激光脈沖激光沉積沉積技術（技術（PLD）:脈沖激光沉積法脈沖激光沉積法 是一種真空物理沉積工藝，是將高功率脈沖激光聚焦于靶材表面，使是一種真空物理沉積工藝，是將高功率脈沖激光聚焦于靶材表面，使其產生高溫及燒蝕，而產生高溫高壓等離子體，等離子體定向局域膨脹其產生高溫及燒蝕，而產生高溫高壓等離子體，等離子體定向局域膨脹發(fā)射并在襯底上沉積形成薄膜。發(fā)射并在襯底上沉積形成薄膜。多鐵性材料多鐵性材料 至少擁有鐵電(ferroelectricity)、鐵磁(ferromagneti

4、sm)或反鐵磁(anti-ferromanetism） 、鐵彈性(ferroelasticity)等鐵性中的兩種性質的材料多鐵性起源多鐵性起源鐵電有序鐵電有序 電滯回線：自發(fā)極化過程 自發(fā)極化-原子位置-氧八面體中離子偏離中心的運動-ABO3型鈣鈦礦結構 居里溫度：順電相到鐵電相的轉變溫度多鐵性起源多鐵性起源 鐵磁有序鐵磁有序 鐵磁性起源過渡元素的原子具有一定大小的固定磁矩，有序排列 反鐵磁性（BiFeO3)-原子自旋反向平行，宏觀磁矩為0 奈爾溫度 磁滯回線：自發(fā)磁矩多鐵性起源多鐵性起源 A 經驗： 幾乎所有鈣鈦礦型鐵電氧化物中的B位離子都是具有空d軌道的過渡金屬離子，而磁性氧化物需要d軌道

5、未完全填滿的過渡金屬離子，否則電子自旋相互抵消，磁性消失。 B 理論： 晶體結構畸變，氧八面體中心原子偏離，形成鐵電相，其起源是B位離子空d軌道同其周圍一個陰離子形成較強共價鍵，以致偏移。這與磁性對于d軌道的需求不符。 不同結構多鐵性材料產生多鐵性的具體機理不同薄膜BiFeO3的單斜畸變 發(fā)現薄膜由于和基底之間的晶格失配應力而發(fā)生單斜畸變 。薄膜BiFeO3的強自發(fā)極化 有比體材料大接近一個數量級的室溫自發(fā)極化 由計算分析實驗結果 進行了第一性原理計算 ,計算結果和實驗結果能很好地吻合 ,說明自發(fā)極化的增強起源于極化對晶格參數微小改變的高敏感度。 鐵磁性 表現出增強的磁性 總結總結BFO簡介簡介 BiFeO3 是研究的最多的具有鈣鈦礦型結構的單相多鐵性材料。BiFeO3 在居里溫度Tc 830之間有鐵電性，在Tn 370之間有反鐵磁性。 BiFeO3 的晶胞通常是不理想的立方點陣對稱群，塊體的BiFeO3 屬于R3C 點群, 為扭曲的三方鈣鈦礦結構。BFO簡介簡介 晶格常數不同的報道有同的數據，S.V 等測得的結果為a=b=c=3.96A16， 而Fiebig 等測得的結果則為a=b=c=5.63A，=59.4A， 三方鈣鈦礦結構由立方結構沿（111）方向拉伸而成, 沿此方向Bi3+ 相對Fe-O 八面體位移, 使晶體結