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元素?fù)诫s調(diào)控BiFeO3基多層薄膜的多鐵性能研究元素?fù)诫s調(diào)控BiFeO3基多層薄膜的多鐵性能研究

摘要:

多鐵材料由于其獨(dú)特的多功能性質(zhì),成為材料科學(xué)研究的熱門課題。在多鐵材料中,BiFeO3因其較高的居里溫度和優(yōu)異的多鐵性能而受到廣泛關(guān)注。然而,BiFeO3基多層薄膜的應(yīng)用還受到其固有的弱多鐵性和應(yīng)力效應(yīng)的限制。為了進(jìn)一步優(yōu)化BiFeO3基多層薄膜的多鐵特性,元素?fù)诫s技術(shù)被引入。

本研究通過采用化學(xué)溶液法在BiFeO3基多層薄膜中引入La和Mn元素進(jìn)行摻雜,并研究了摻雜對(duì)多鐵性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,La摻雜可以顯著增強(qiáng)BiFeO3基多層薄膜的鐵電性能。通過摻雜La元素,晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變,導(dǎo)致晶格常數(shù)增大和晶體畸變減小,從而提高了鐵電性能。此外,La摻雜還增強(qiáng)了薄膜的磁性能,使其成為一種誘導(dǎo)鐵磁性的材料。而Mn摻雜則可以提高薄膜的磁性能,使其具有更強(qiáng)的鐵磁性。

為了進(jìn)一步研究多鐵性能,我們還研究了摻雜量和摻雜濃度對(duì)薄膜性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著摻雜量的增加,薄膜的鐵電和磁性能均得到了顯著提高,但過高的摻雜量可能導(dǎo)致晶格結(jié)構(gòu)的破壞和其他不良效應(yīng)的出現(xiàn)。因此,合理控制摻雜量和摻雜濃度是優(yōu)化多鐵性能的關(guān)鍵。

此外,應(yīng)力效應(yīng)也對(duì)BiFeO3基多層薄膜的多鐵性能有重要影響。在本研究中,我們通過控制薄膜的厚度和襯底材料來調(diào)節(jié)應(yīng)力效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在合適的應(yīng)力條件下,BiFeO3基多層薄膜的多鐵性能得到了顯著增強(qiáng)。然而,不適當(dāng)?shù)膽?yīng)力條件可能導(dǎo)致薄膜的失配和裂紋的產(chǎn)生,從而影響薄膜的多鐵性能。

綜上所述,通過元素?fù)诫s調(diào)控BiFeO3基多層薄膜的多鐵性能是一項(xiàng)具有重要意義的研究。本研究通過引入La和Mn元素進(jìn)行摻雜,并研究了摻雜量、摻雜濃度和應(yīng)力效應(yīng)對(duì)薄膜性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,元素?fù)诫s可以顯著增強(qiáng)薄膜的多鐵性能,同時(shí)合理控制摻雜量和應(yīng)力條件是優(yōu)化多鐵性能的關(guān)鍵。這些研究可以為多鐵材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供新思路和理論支持。

關(guān)鍵詞:元素?fù)诫s;BiFeO3基多層薄膜;多鐵性能;應(yīng)力效應(yīng);優(yōu)化

Abstract:

Multiferroicmaterialshaveattractedmuchattentionduetotheiruniquemultifunctionalproperties.Amongmultiferroicmaterials,BiFeO3hasbeenwidelystudiedforitshighCurietemperatureandexcellentmultiferroicproperties.However,theapplicationofBiFeO3-basedmultilayerfilmsisstilllimitedbyitsinherentweakmultiferroicityandstresseffects.InordertofurtheroptimizethemultiferroicpropertiesofBiFeO3-basedmultilayerfilms,thetechniqueofelementdopingisintroduced.

Inthisstudy,LaandMnelementsweredopedintoBiFeO3-basedmultilayerfilmsusingthechemicalsolutionmethod,andtheinfluenceofdopingonthemultiferroicpropertieswasinvestigated.TheexperimentalresultsshowthatLadopingcansignificantlyenhancetheferroelectricperformanceofBiFeO3-basedmultilayerfilms.TheintroductionofLaelementschangesthelatticestructureandleadstoanincreaseinlatticeconstantandadecreaseincrystaldistortion,therebyimprovingtheferroelectricperformance.Inaddition,Ladopingalsoenhancesthemagneticperformanceofthefilms,makingitaninducedferromagneticmaterial.Mndoping,ontheotherhand,canimprovethemagneticperformanceofthefilms,givingthemstrongerferromagneticproperties.

Tofurtherstudythemultiferroicproperties,wealsoinvestigatedtheinfluenceofdopingamountanddopingconcentrationonthefilmproperties.Theexperimentalresultsshowthatwiththeincreaseofdopingamount,boththeferroelectricandmagneticpropertiesofthefilmsaresignificantlyimproved,butexcessivedopingamountmaycauselatticestructuredamageandtheoccurrenceofotheradverseeffects.Therefore,controllingthedopingamountandconcentrationiscrucialforoptimizingthemultiferroicproperties.

Inaddition,stresseffectsalsoplayanimportantroleinthemultiferroicpropertiesofBiFeO3-basedmultilayerfilms.Inthisstudy,thestresseffectwasadjustedbycontrollingthethicknessofthefilmsandthesubstratematerial.Theexperimentalresultsshowthatunderappropriatestressconditions,themultiferroicpropertiesofBiFeO3-basedmultilayerfilmsaresignificantlyenhanced.However,inappropriatestressconditionsmaycausefilmmismatchandcracking,thusaffectingthemultiferroicpropertiesofthefilms.

Inconclusion,theresearchonthecontrolofmultiferroicpropertiesofBiFeO3-basedmultilayerfilmsthroughelementdopingisofgreatsignificance.Inthisstudy,LaandMnelementsweredoped,andtheinfluenceofdopingamount,dopingconcentration,andstresseffectsonthefilmpropertieswasstudied.Theexperimentalresultsshowthatelementdopingcansignificantlyenhancethemultiferroicpropertiesofthefilms,andcontrollingthedopingamountandstressconditionsisthekeytooptimizingthemultiferroicproperties.Thesestudiescanprovidenewideasandtheoreticalsupportforthedesignandapplicationofmultiferroicmaterials.

Keywords:elementdoping;BiFeO3-basedmultilayerfilms;multiferroicproperties;stresseffects;optimizatio綜合研究

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