[發(fā)明專利]一種HoSrMnZn共摻三方鐵酸鉍超晶格薄膜及其制備方法

有效

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• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN107098395B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發(fā)明（設計）人: 談國強;郭美佑;楊瑋;劉云;任慧君;夏傲
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C01G49/00
• 分類號: C01G49/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 岳培華

本發(fā)明提供了一種HoSrMnZn共摻三方鐵酸鉍超晶格薄膜及其制備方法，用晶體結構為三方結構，空間群為R3c:H和R3m:R共存的不同元素摻雜的鐵酸鉍薄膜制備出Bi_0.89Ho_0.08Sr_0.03Fe_0.94Mn_0.03Zn_0.03O₃/Bi_0.89Ho_0.08Sr_0.03Fe_0.93Mn_0.03Zn_0.04O₃超晶格薄膜，即HoSrMnZn共摻三方鐵酸鉍超晶格薄膜。本發(fā)明采用溶膠凝膠工藝，并采用旋涂和層層退火法，設備要求簡單，適宜在大的表面和形狀不規(guī)則的表面上制備薄膜，且化學組分精確可控，可改善BiFeO₃薄膜的多鐵性能。

技術領域

本發(fā)明屬于功能材料領域，涉及在功能化FTO/glass基板表面制備HoSrMnZn共摻三方鐵酸鉍超晶格薄膜，具體為Bi_0.89Ho_0.08Sr_0.03Fe_0.94Mn_0.03Zn_0.03O₃/Bi_0.89Ho_0.08Sr_0.03Fe_0.93Mn_0.03Zn_0.04O₃超晶格薄膜。

背景技術

BiFeO₃是少數(shù)的單相多鐵材料之一，具有扭曲的鈣鈦礦結構(屬于R3c點群)，由立方結構沿(111)方向拉伸而形成的一種偏離理想鈣鈦礦結構的斜六方結構，在室溫下同時具有鐵電有序和反鐵磁有序，由于具有較高的鐵電相變溫度(Tc＝1103K)和磁相變溫度(T_N＝643K)，在磁電傳感器，自旋電子器件，存儲器等方面有廣泛的應用前景而得到關注。但是，BiFeO₃主要存在著以下幾方面的問題，如漏電流大、剩余極化小、磁性弱、磁電耦合效應弱等，極大程度上限制了它的應用。

超晶格是由兩種或多種不同材料在一個維度上層狀排列而成的周期結構，其周期必須小于電子的平均自由程，每一層的厚度只有幾納米或幾十納米，基本上是原子間距的量級，層數(shù)由幾層至幾百層。目前研究比較多的一維ABO₃型的鈦礦氧化物超晶格有鐵電/(反)鐵電、鐵電/介電、以及(反)鐵磁/(反)鐵磁等超晶格。其中調制摻雜超晶格是在同種材料中有規(guī)則地摻入不同濃度的雜質，在界面處由于費米能級的不同，會產(chǎn)生電荷遷移，能帶發(fā)生彎曲；可以通過改變超晶格薄膜的界面化學環(huán)境來控制界面結構，可以顯著提高界面的電學性質。通過利用超晶格薄膜的應力或應變、層間耦合等物理效應，可得到高性能或單一結構材料不具有的多鐵性能。超晶格不僅能夠增強其單個組元所具有的性質，還可以實現(xiàn)單個組元不具有的性質。從對稱性的角度看，即使各個組元都是中心對稱的，但由于界面兩側是不同的材料組元，也能夠提供空間反演對稱性破缺條件，并且，界面處的應變又可以提供或者增強鐵電序。在超晶格中，通過控制周期和組元厚度，可以控制組元和組元之間界面處的應變等參數(shù)，從而調控微觀結構和宏觀性質，實現(xiàn)性質增強或性質突變。設計和制備不同厚度、不同周期長度和周期數(shù)的鈣鈦礦氧化物單層外延薄膜和超晶格，是系統(tǒng)地研究應變的可控性以及這種可控性對外延薄膜和超晶格宏觀性質的影響規(guī)律，最終尋找具有優(yōu)異的電、磁性質的人工微結構材料的有效途徑之一。