多鐵性材料由于同時(shí)具有鐵電性和鐵磁性,且鐵電性與鐵磁性之間存在磁電耦合效應(yīng),從而可能實(shí)現(xiàn)鐵電性和磁性的相互調(diào)控,因此多鐵性材料可能成為一種新型功能材料,有著廣闊的應(yīng)用前景.有研究表明，對(duì)BiFeO3材料進(jìn)行摻雜量不太大的B位的Co雜質(zhì)摻雜替代,對(duì)BiFeO3材料的晶格結(jié)構(gòu)影響不會(huì)太大,鈣鈦礦結(jié)構(gòu)會(huì)保持穩(wěn)定,材料的鐵電性會(huì)得以保留;另一方面,Fe離子與Co離子的磁矩大小不同,可能會(huì)導(dǎo)致原有反鐵磁序的改變,從而改善BiFeO3的磁性質(zhì).

                                                                圖一  BiFeO3的結(jié)構(gòu)

     工作室基于第一性原理計(jì)算,研究了Co25%摻雜的BiFeO3的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)以及磁結(jié)構(gòu),研究了Co摻雜對(duì)其鐵電性、鐵磁性及絕緣性的影響.采用密度泛函理論(DFT)結(jié)合投影綴加波PAW(projector augumented wave)方法的VASP(Viennaab-initio simulation package)軟件包,對(duì)BiFeO3以及BiFe0.75Co0.25O3進(jìn)行第一性原理研究,電子和電子之間的交換關(guān)聯(lián)勢(shì)采用廣義梯度近似GGA(gradientgeneralized approximation)下的PBE(Perdew BurkeErnzerhof)泛函進(jìn)行處理,計(jì)算選取的PAW方法和PBE泛函考慮了過渡元素3d電子的關(guān)聯(lián)作用,處理含過渡元素問題可以得到較合理的結(jié)果。計(jì)算得到了它的晶格結(jié)構(gòu)、原子磁矩、能帶結(jié)構(gòu)與分波態(tài)密度.分別如圖二、三、四所示。

     因此，在塊狀BiFeO3材料中進(jìn)行25%的Co摻雜,不會(huì)破壞晶格的鈣鈦礦結(jié)構(gòu).由于Co雜質(zhì)的摻入引起了G型反鐵磁序改變,形成了亞鐵磁的磁結(jié)構(gòu),導(dǎo)致材料具有較強(qiáng)的鐵磁性.實(shí)驗(yàn)上得到的Co摻雜BiFeO3薄膜材料的磁學(xué)性質(zhì)、鐵電性質(zhì)與本文結(jié)果較好地對(duì)應(yīng):Co摻雜后BeFeO3材料的鐵電性基本不變,鐵磁性有了較大的提高。

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