多铁性材料是一种因为结构参数有序而导致铁电性(反铁电性)、铁磁性(反铁磁性)、铁弹性同时存在的材料。 以下就是由精品学习网为您提供的多铁BiFeO3薄膜的掺杂改性。

这些特性在信息存储、自旋电子器件和传感器等方面都有潜在的应用。由于铁电铁磁材料存在磁电耦合效应，可以实现磁电之间的相互控制，具有非常大的应用前景，因此人们对一些有磁性的铁电体很感兴趣，钙钛矿结构的BiFeO3(BFO)具有铁电性(TC～1103K)和反铁磁性(TN～643K)，并且具有相对较高的居里温度和奈尔温度，可在室温下观测到铁电性和铁磁性，成为近几年人们研究的热点。块材单晶的结构和性能已经被广泛地研究，它在室温下具有菱方钙钛矿结构(a=b=c=5.63 Å,α=β=γ=59.4°)。(001)取向单晶BFO的自发极化(Ps)为3.5μC/cm2，77K时(111)取向生长的BFO自发极化强度达6.1μC/cm2。为了满足器件小型化的要求，高性能的多铁BFO薄膜成为人们研究的重点。但是，由于制备BFO薄膜过程中氧空位的产生和Fe价态的波动导致BFO薄膜具有较大的漏电流，室温下很难观测到正确的电滞回线，并且BFO薄膜仅能观测到微弱的磁性。

近年来，人们研究了很多方法来降低BiFeO3材料的漏电流，离子掺杂是其中之一，这种方法可使BiFeO3晶体扭曲变形，最终导致反铁磁矢量在晶体结构中发生倾斜，进而使Fe+3的含量稳定，增强在室温条件下BiFeO3的磁电性能。但是掺杂的离子是有条件限制的，该元素一般和钙钛矿结构(ABO3结构)中的铁离子(B位)或铋离子(A位)的半径近似。一般来说，替代A类元素，即替代Bi+3离子，可以采用Gd、Sm、La等稀土元素，减小氧空位，稳定氧八面体结构，从而减小漏电流。B类元素取代，即替代BiFeO3中的Fe+3，可以掺入Mn、Cr、Co等金属过渡元素，从而使晶体的自旋调制结构发生改变，最终使得材料的磁性得到增强 。

发展现状

BFO薄膜热处理过程中会造成氧空缺的形成及Fe价态的波动，从而导致BFO具有大的漏电流密度。论文参考网。Yu等人用高价Pr4+离子取代Bi3+离子，填充了BFO中氧空位，从而有效地抑制了BFO薄膜的漏电流，并且由于Pr离子与Bi离子半径不同，会导致BFO结构发生变化，使BFO薄膜的自发极化增强。