的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及材料科學(xué)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種新型磁電禪合多鐵性材料BiMns&4〇。的 制備方法。
【背景技術(shù)】
[000引 磁電禪合多鐵性材料（Ma即etoelectric coupling multiferroics)是指同時(shí)具 有鐵電性和長程磁有序的化合物，并且鐵電性和磁有序具有較強(qiáng)的禪合效應(yīng)。該類材料可 W實(shí)現(xiàn)電與磁的相互調(diào)控，例如通過磁場調(diào)控電極化狀態(tài)，通過電場調(diào)控磁化狀態(tài)，因此磁 電禪合多鐵性材料是一種新型多功能材料，在自旋電子學(xué)、多態(tài)存儲(chǔ)、電磁傳感器等領(lǐng)域有 廣泛的應(yīng)用前景。
[0003] 在過渡金屬氧化物中，電極化不需要d電子參與，而長程磁有序需要d電子的參 與。因此，原則上鐵電性與長程磁有序是很難在同一個(gè)材料體系中共存并且相互調(diào)控的。然 而，人們最近發(fā)現(xiàn)一些特殊的磁結(jié)構(gòu)可W打破某些材料體系的空間反演對稱性，從而產(chǎn)生 自旋有序?qū)е碌碾姌O化，即所謂的磁電多鐵偶合效應(yīng)。目前，具有磁電禪合多鐵效應(yīng)的材料 體系仍然非常有限，大大制約該一新奇效應(yīng)的研究與應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明提出了一種新型磁電禪合多鐵性材料BiMns&及其制備方 法。
[0005] 在第一方面，本發(fā)明提供了一種新型磁電禪合多鐵性材料，所述新型磁電禪合多 鐵性材料的化學(xué)式為BiMns化4〇12。
[0006] 在第二方面，本發(fā)明提供了一種新型磁電禪合多鐵性材料BiMns&4〇12的制備方 法，包括：
[0007] 把純度高于99.9%的Bi2〇3、Mn2〇3和化2〇3按摩爾比1:3:4混合后充分研磨、篩選； [000引將篩選過的原料裝入金或銷金膠囊并壓實(shí)；
[0009] 高溫高壓固相反應(yīng)。
[0010] 優(yōu)選地，所述高溫高壓固相反應(yīng)的裝置為六面頂壓機(jī)或6-8型二級推進(jìn)壓機(jī)。
[0011] 優(yōu)選地，所述高溫高壓固相反應(yīng)的壓力為6-lOGPa、溫度為900-1300°C、高溫高壓 反應(yīng)時(shí)間為10-60分鐘。
[0012] 優(yōu)選地，所述金或銷金膠囊的直徑為2-lOmm，長度為2-lOmm，壁厚為l-2mm。
[001引本發(fā)明提出的BiMns化0。是一種新型的磁電禪合多鐵性材料，其具有弱鐵磁自旋 序、較大的介電常數(shù)與電偶極化強(qiáng)度，W及較高的臨界溫度，在自旋電子器件、多態(tài)存儲(chǔ)器 件等領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0014] 通過W下參照附圖對本發(fā)明實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述W及其它目的、特征和 優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中：
[00巧]圖1示出了實(shí)施例1制備的新型磁電禪合多鐵性材料BiMns化4〇12的XRD圖譜；
[0016] 圖2示出了實(shí)施例1制備的BiMns化0。的磁化率和比熱隨溫度變化的曲線；
[0017] 圖3示出了實(shí)施例1制備的BiMns化0。的介電常數(shù)隨溫度變化的曲線；
[001引圖4示出了實(shí)施例1制備的BiMns化0。的極化強(qiáng)度隨溫度變化的曲線；
[0019] 圖5示出了實(shí)施例1制備的BiMns化4〇12的電滯回曲線；化及
[0020] 圖6示出了實(shí)施例1制備的BiMns化0。的磁滯回線。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 在下文對本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對本領(lǐng)域技術(shù) 人員來說沒有該些細(xì)節(jié)部分的描述也可W完全理解本發(fā)明。為了避免混淆本發(fā)明的實(shí)質(zhì)， 公知的方法、過程、流程、元件和電路并沒有詳細(xì)敘述。除非上下文明確要求，否則整個(gè)說明 書和權(quán)利要求書中的"包括"、"包含"等類似詞語應(yīng)當(dāng)解釋為包含的含義而不是排他或窮舉 的含義；也就是說，是"包括但不限于"的含義。
[002引本發(fā)明設(shè)及同時(shí)具有鐵電性和長程磁有序的磁電禪合多鐵性材料BiMns化4012及 其制備方法。作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，本發(fā)明提出的BiMns化40。可W由W下步驟 制備：
[002引把純度高于99. 9%的叫03、Mn203和& 203按摩爾比1:3:4混合后充分研磨，再通 過200目篩子篩選；將篩選過的原料裝入金或銷金膠囊并壓實(shí)，其中，所述金或銷金膠囊的 直徑為2-lOmm，長度為2-lOmm，壁厚為l-2mm ;將膠囊置于六面頂壓機(jī)或6-8型二級推進(jìn)壓 機(jī)，設(shè)置壓力為6-lOGPa、溫度為900-1300°C，使金或銷金膠囊內(nèi)的原料在高溫高壓下反應(yīng) 時(shí)間為10-60分鐘。
[0024] W下基于實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行描述，但是本發(fā)明并不僅僅限于該些實(shí)施例。
[002引 實(shí)施例1 ;
[0026] 把純度高于99. 9 %的Bi2〇3、Mn2〇3和化2〇3按摩爾比1:3:4混合后充分研磨后通過 200目篩子篩選；將篩選過的原料裝入金或銷金膠囊并壓實(shí)，其中，所述金或銷金膠囊的直 徑為10mm，長度為10mm，壁厚為2mm ;將金或銷金膠囊置于六面頂壓機(jī)或6-8型二級推進(jìn)壓 機(jī)，設(shè)置壓力為8G化、溫度為1050°C，使金或銷金膠囊內(nèi)的原料在高溫高壓下反應(yīng)時(shí)間為 30分鐘。
[0027] 圖1示出了實(shí)施例1制備的新型磁電禪合多鐵性材料BiMns化4〇12的X畑圖譜。通 過新型磁電禪合多鐵性材料BiMns化4〇12的XRD圖譜可W得到制備的BiMn 3化4〇12屬于A位 有序立方雙巧鐵礦結(jié)構(gòu)，屬于Im-3空間群，晶格參數(shù)為a = b = C = 7. /iOOA。
[002引圖2示出了實(shí)施例1制備的BiMns化40i2的磁化率和比熱隨溫度變化的曲線。其中， 磁化率的零場冷卻狂ero Field cooled, ZFC)的測量過程，首先不加磁場的情況下降溫，然 后在外加磁場H下升溫測量樣品的磁化率，有場冷卻（Field cooled，F(xiàn)C)的測量過程，首先 在外加磁場H下降溫，然后在外加磁場H下升溫測量樣品的磁化率。從BiMns&4012磁化率 與比熱曲線可W得到BiMns化4012具有兩個(gè)反鐵磁相變，對應(yīng)的反鐵磁相變溫度分別約為Twi =120K 與 Tn2= 40K。
[0029] 圖3示出了實(shí)施例1制備的BiMns化4〇。的介電常數(shù)隨溫度變化的曲線。如圖3所 示，隨著溫度降低，介電常數(shù)逐漸增大，并在140K附近達(dá)到最大并形成較寬的峰，特別是在 Tw2附近介電常數(shù)的變化趨勢有個(gè)明顯的改變，預(yù)示著磁介電性質(zhì)的禪合。
[0030] 圖4示出了實(shí)施例1制備的BiMns化4〇12的加電場冷卻測量得到的極化強(qiáng)度隨溫度 變化的曲線。由圖4可知當(dāng)溫度降低至170K時(shí)便可觀察到電極化的出現(xiàn)，隨著溫度進(jìn)一步 降低電極化強(qiáng)度逐漸增大，并在V附近接近飽和。然而進(jìn)一步降溫至Tw2附近時(shí)，電極化強(qiáng) 度再次得到加強(qiáng)，更加證實(shí)Tw2附近的磁電禪合多鐵行為并且具有較大的電極化強(qiáng)度。
[003U 圖5示出了實(shí)施例1制備的BiMns化0。的電滯回線。如圖5所示，外加電場的 最大場強(qiáng)為8.化v/cm，BiMns化4012具有明顯的鐵電性。溫度在30K時(shí)，剩余極化強(qiáng)度為 0. 045 y C/cm2,矯頑場為6. Okv/cm ;溫度在75K時(shí)，剩余極化強(qiáng)度為0. 082 y C/cm2,矯頑場 為5. 8kv/cm ;溫度在130K時(shí)，剩余極化強(qiáng)度為0. 071 y C/cm2,矯頑場為5.化v/cm。電滯回 線與電極化測試均表明BiMns化0。的電極化性質(zhì)在反鐵磁有序溫度W上已經(jīng)出現(xiàn)，并在Tw2 時(shí)可觀察到明顯的磁電禪合多鐵行為。
[00對圖6示出了實(shí)施例1制備的BiMns化0。的磁滯回線，在溫度低于50K時(shí)，實(shí)施例1 制備的BiMns化4012具有弱磁滯，預(yù)示著傾斜反鐵磁有序?qū)е碌娜蹊F磁性的出現(xiàn)。在溫度高 于50K時(shí)，實(shí)施例1制備的BiMns化0。的磁化強(qiáng)度與外加磁場之間表現(xiàn)出良好的線性依賴 關(guān)系，與相應(yīng)的共線反鐵磁行為（Tm與Tw2之間）或順磁態(tài)（TwiW上）是吻合的。
[003引本發(fā)明提出的BiMns化4012是一種新型磁電禪合多鐵性材料，具有弱鐵磁有序、較 大的介電常數(shù)和電偶極化強(qiáng)度，在自旋電子器件、多態(tài)存儲(chǔ)器件等領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。
[0034] W上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員 而言，本發(fā)明可W有各種改動(dòng)和變化。凡在本發(fā)明的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同 替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種新型磁電耦合多鐵性材料，其化學(xué)式為BiMn 3Cr4012。
2. -種制備權(quán)利要求1所述的新型磁電耦合多鐵性材料的方法，包括： 把純度高于99. 9 %的Bi203、Mn2O3和Cr 203按摩爾比1:3:4混合后充分研磨、篩選； 將篩選過的原料裝入金或鉑金膠囊并壓實(shí)； 高溫高壓固相反應(yīng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型磁電耦合多鐵性材料的制備方法，其特征在于，所述高 溫高壓固相反應(yīng)的裝置為六面頂壓機(jī)或6-8型二級推進(jìn)壓機(jī)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型磁電耦合多鐵性材料的制備方法，其特征在于，所述高 溫高壓固相反應(yīng)的壓力為6-10GPa、溫度為900-1300°C、高溫高壓反應(yīng)時(shí)間為10-60分鐘。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型磁電耦合多鐵性材料的制備方法，其特征在于，所述金 或鉑金膠囊的直徑為2-10mm，長度為2-10mm，壁厚為l-2mm。
【專利摘要】公開了一種新型磁電耦合多鐵性材料及其制備方法，所述新型磁電耦合多鐵性材料的化學(xué)式為BiMn3Cr4O12。制備所述新型磁電耦合多鐵性材料BiMn3Cr4O12的方法包括：把純度高于99.9％的Bi2O3、Mn2O3和Cr2O3按摩爾比1:3:4混合后充分研磨、篩選；將篩選過的原料裝入金或鉑金膠囊并壓實(shí)；高溫高壓固相反應(yīng)。所述新型磁電耦合多鐵性材料BiMn3Cr4O12具有弱鐵磁自旋序、較大的介電常數(shù)和電偶極化強(qiáng)度，以及較高的臨界溫度，在自旋電子器件、多態(tài)存儲(chǔ)器件等領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。
【IPC分類】C04B35-622, C04B35-12
【公開號】CN104671755
【申請?zhí)枴緾N201510069601
【發(fā)明人】龍有文, 周龍, 殷云宇
【申請人】中國科學(xué)院物理研究所
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月10日