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摘 要

多铁性材料由于同时具有铁电性和铁磁性，并且铁电性和铁磁性之间还存在相互耦合作用，而引起了广泛的关注和研究兴趣。通常多铁性材料是氧化物特别是钙钛矿材料，然而由于铁磁性和铁电性对外层电子结构的要求矛盾，因此人们把目光投向了氟化物。其中BaMF₄族化合物（M=Mn，Zn，Mg，Fe，Ni，Co）已经部分被证明具有了多铁性。本文为了研究磁性离子之间的相互作用对于磁性的影响，考虑到BaNiF₄和BaCoF₄的结构和原子半径都极其相似，因此利用了固相法制备了BaCo_0.5Ni_0.5F₄，并测量了BaCo_0.5Ni_0.5F₄的磁性质。

关键词：多铁性材料；氟化物；BaCo_0.5Ni_0.5F₄；磁性

Abstract

Multiferroic materials have attracted extensive attention and interest due to the coexistence of ferroelectricity and ferromagnetism, and their mutual coupling. Generally, multiferroic materials are oxides, especially perovskite materials. However, due to the contradiction between ferromagnetic and ferroelectric requirements of the external electronic structure, researchers turn their attention to fluorides. Among them, group BaMF₄ compounds (M=Mn, Zn, Mg, Fe, Ni, Co) have partially been confirmed to have multiferroic properties. In order to study the interaction between magnetic ions on magnetic properties, considering the similarity of the structure and atomic radius of BaNiF₄ and BaCoF₄, BaCo_0.5Ni_0.5F₄ was prepared by solid state reaction, and the magnetic properties of BaCo_0.5Ni_0.5F₄ were measured.

KEY WORDS: Multiferroic materials; Fluorides; BaCo_0.5Ni_0.5F₄; Magnetism

目 录

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2材料的多铁性 1

1.2.1材料的铁磁性及其测量 1

1.2.2材料的铁电性及其测量 2

1.2.3材料的多铁性 3

1.3多铁性氟化物的研究现状 4

1.4固相反应 5

1.5X射线衍射法测量物质结构 5

1.6本文的研究目的和实验思路 6

第二章 具体实验方法和实验数据 7

2.1材料制备方法 7

2.1.1氟化物原料的制备 7

2.1.2固相反应法制备纯相BaCoF₄和BaNiF₄ 7

2.1.3固相反应法制备纯相的BaCo_0.5Ni_0.5F₄ 8

2.2实验数据及分析 9

2.2.1不同原料比例及烧结温度下的BaCoF₄和BaNiF₄样品的XRD测定 9

2.2.2BaCo_0.5Ni_0.5F₄样品的XRD测定 11

2.2.3纯相BaCo_0.5Ni_0.5F₄样品的SEM照片 12

2.2.4 BaCo_0.5Ni_0.5F₄样品的磁性性质的测量 13

第三章 结论 20

致 谢 21

参考文献 22

第一章 绪论

1.1引言

单相多铁性材料受到人们的关注，主要是因为这种材料同时具有铁电性和铁磁性，并且在两者之间，还存在相互耦合的响应。这就使得其在信息存储领域具有全面的应用。普通的存储器，如磁随机存储器(magnetic random access memory，MRAM)和铁电随机存储器(ferroelectric random access memory，FeRAM)，由于只是单一地运用磁性的变化或是铁电性的变化实现每个单元只能存储两个信息，而这种多铁性材料因为同时具有磁性和铁电的特性则可以实现每个单元四个信息的存储量^[1]。通常的多铁性材料主要是属于氧化物的范畴，特别是钙钛矿材料。然而由于铁磁性和铁电性对外层电子结构的要求存在一些矛盾，例如铁电性要求外层d轨道为空，这样就没有净自旋；而铁磁性则要求外层的d轨道电子不完全填充，这样就存在未配对电子和净自旋。这两者矛盾的要求导致人们不容易发现单相的多铁性材料。因此人们又把研究目光投向了氧化物以外的其他材料体系，例如氟化物，其中BaMF₄族化合物（M=Mn，Zn，Mg，Fe，Ni，Co），其中部分已经被证明具有多铁性。在实验室中通常隔绝空气利用的是石英封管，但是由于氟化物所含的氟离子会和石英管反应，导致常规的石英封管的工艺无法制备氟化物。本实验中，我们利用了我们实验室的熔炼炉，将样品在氩气氛围内封进铜管，之后放入电热炉来完成固相反应，获得纯相氟化物样品，并在此基础上研究其铁电性，磁性和磁电耦合效应。

1.2材料的多铁性

1.2.1材料的铁磁性及其测量

一切物质均是有磁性的，这是因为物质的磁性是由电子在分子或原子中的自旋和轨道运动以及电子间相互作用引起的。物质的磁性通常可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性五类。

抗磁性的物质，其原子通常为满壳层结构，零场时总磁矩为零，在外加磁场中可诱导产生非常小的净磁偶极矩，其方向与外加磁场方向相反。

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