Ca3Ti2O7块材及其外延薄膜的制备研究开题报告

背景：多铁材料是指材料中包含两种及两种以上基本铁序的性能，在一定的温度下存在磁电耦合效应。基于多铁材料发展起来的信息存储技术、传感器技术和能源收集技术等方面具有广泛的应用前景。近年来，Ca3Ti2O7这种多铁材料因其特殊的晶体结构和电子能带特性，被检测出丰富的磁特性和自旋-声子耦合特性。同时通过第一性原理理论计算预言了Ca3Ti2O7薄膜上可实现铁电性。

目的：本课题拟通过固相反应法制备Ca3Ti2O7块材，接着使用脉冲激光沉积法制备Ca3Ti2O7高质量外延薄膜，最后系统研究此外延薄膜的晶体结构和漏电性质等基本物理性质。

意义：通过外部因素来改变材料中的氧空位浓度，以研究不同氧空位浓度下材料的晶体结构和磁性质等物理性质，从而可以使用通过改变氧空位浓度这一新的方法，得到满足所需的特定晶体结构和磁性质等物理性质的材料。

研究内容：本课题拟通过固相反应法制备Ca3Ti2O7块材，接着使用脉冲激光沉积法制备Ca3Ti2O7高质量外延薄膜，最后系统研究此外延薄膜的晶体结构和漏电性质等基本物理性质。

预期目标：掌握磁性物理、X射线衍射技术、第一性原理计算的基本知识。能够熟悉掌握非自耗真空电弧炉、高温炉、玻璃真空封管等仪器的操作，熟练脉冲激光薄膜沉积工艺。熟练操作PPMS测试系统测试基本磁学和电学性质；掌握单晶X射线衍射仪选取高质量的单晶样品并对其作详尽的结构测试。熟悉Origin分析实验数据、粉末X射线衍射数据的Rietveld精修（Rietica软件）、单晶X射线衍射数据的晶体结构解析（ShelxTL软件）、利用CrystalMaker画晶体结构图等。培养综合运用专业及基础知识，解决实际问题的能力，培养探索新材料和物理机理的兴趣。

1.按照TiO3和CaCO3两种氧化物高纯度粉末的化学计量比，利用管式炉烧结出不同组分的复合陶瓷靶材Ca3Ti2O7。

2.对制备完成的复合靶材，利用粉末X射线衍射方法和Rietveld精修（Rietica软件）来确定其组成和结构，并利用CrystalMaker画出其晶体结构图。

3.在高真空脉冲激光沉积系统中，利用分子束激光轰击复合靶材。改变和调控沉积条件，在(001)SrTiO₃衬底上制备出高质量外延Ca3Ti2O7复合薄膜。

4.利用薄膜X射线衍射方法来确定复合薄膜的物相种类、组成和晶体结构。

5.利用PPMS-VSM测试块材和薄膜样品的漏电性质。

6.总结和分析复合薄膜Ca3Ti2O7中的物理性质。

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(1) 2022年3月05日-3月11日 指导教师与学生联系，学生根据要求收集资料(2) 2022年3月05日-3月11日 下达毕业任务书(3) 2022年3月05日-3月18日 学生完成开题报告(4) 2022年3月19日-6月05日 学生按照开题报告撰写毕业论文(5) 2022年4月23日-5月06日 进行中期检查(6) 2022年5月16日-5月22日 完成论文初稿(7) 2022年5月30日-6月05日 根据指导教师的论文修改意见，进行修改，定稿打印(8) 2022年6月06日-6月12日 指导教师写出评语，并完成毕业论文评阅(9) 2022年6月13日-6月18日 论文答辩