编号：CYYJ043900
篇名： SmCrO3陶瓷材料的磁学、介电性能调控及耦合效应研究
作者： 黄文杰
关键词： 钙钛矿氧化物; SmCrO3; 磁学性能; 介电性能; 耦合效应;
机构：北京科技大学
摘要： 铬酸钐(SmCrO3)是一种典型的钙钛矿型稀土铬酸盐,因其独特的电子结构以及自旋、轨道和晶格之间的强耦合作用,展现出丰富的磁性和介电特性,在磁存储器件、能量存储器、光电传感器等多功能器件中具有广泛的应用前景。针对SmCrO3磁电性能相对较弱、耦合效应不稳定等问题,离子掺杂成为调控其结构与物性、增强其磁电、光电耦合效应的重要策略。 本研究以SmCrO3为母体,通过在A位(Sm)和B位(Cr)分别引入稀土离子Eu3+与过渡金属离子Ni2+、Zn2+,构建了系列磁电功能材料体系,系统探讨了不同掺杂类型与掺杂浓度对材料的晶体结构、磁学行为、介电响应及其耦合效应的影响,旨在揭示掺杂调控机制并拓展其在多功能器件中的应用潜力。主要研究成果如下: (1)制备了 Sm1-xEuxCrO3(x=0,0.05,0.20)和 SmCr1-yEuyO3(y=0.05,0.20)系列陶瓷材料。研究结果表明,Eu3+掺杂未明显改变材料的奈尔温度(～197K)和自旋重取向温度(～34 K),但对磁化强度具有明显调控作用:其中,Sm0.80Eu0.20CrO3的磁化强度较纯相提高约10%,而SmCr0.80Eu0.20O3则降低约20%。同时,在低频室温下,掺杂样品表现出更优异的介电性能,光照条件下的光介电响应也优于未掺杂样品。 (2)在 Sm1-xNixCrO3(x=0,0.05,0.20)和 SmCr1-yNiyO3(y=0.05,0.20)体系中,Ni2+掺杂显著增强了材料的磁响应和介电性能。特别是在外磁场(100 Oe)作用下,掺杂样品在零场冷却和场冷却条件下均表现出更高的最大磁化强度;同时,其高频介电常数较未掺杂样品提升超过10倍。尤其是SmCr0.80Ni0.20O3样品,其磁介电响应显著增强,最大磁介电常数达到约4.5%,而SmCrO3几乎无磁介电效应。 (3)对 Sm1-xZnxCrO3(x=0,0.05,0.20)和SmCr1-yZnyO3(y=0.05,0.20)陶瓷样品的介电和光电性能开展了详细研究。所有样品在150-200 K范围内介电常数急剧上升,在200-350K区间趋于稳定,并保持高介电常数(～104)水平,同时伴随出现两个温度相关的介电弛豫峰。与SmCrO3相比,掺杂样品在室温高频区表现出更高的介电常数与更低的介电损耗,尤其是Zn掺杂量为0.20的样品,其光介电响应在特定波长下明显增强,展现出很强的光电耦合特性。