ё

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшегообразования

«Дагестанский государственный университет»

Физический факультет

КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

по направлению подготовки - 11.03.04

Электроника и наноэлектроника

Профиль подготовки

Микроэлектроника и твердотельная электроника

ДАУДОВ ИСЛАМ ИЛЬЯСОВИЧ

МАГНИТОДИЭЛЕКТРИ ЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ МУЛЬТИФЕРРОИКЕ BiFeO₃

Научный руководитель:

д.ф.-м.н., профессор

Садыков С.А.

Рецензент:_________________ Ф.И.О.

Работа допущена к защите:

Зав. кафедрой экспериментальной физики

д.ф.-м.н., профессор

_________________ Садыков С.А.

«___»______ 2016 г.

Махачкала – 2016

Содержание

Введение………………………………………………………………….……3

Глава I. Магнитоэлектрические явления в магнитоупорядоченных

средах………………..…………..………………………………………...........6

1.1. Структура и свойства феррита висмута …………………………..6

1.2. Диэлектрические свойства феррита висмута....…………....……..11

1.3. Магнитоэлектрические свойства мультиферроиков,

легированных редкоземельными элементами ……………………….16

Глава II. Экспериментальные результаты и их обсуждение ………..….. …24

2.1. Методика эксперимента ………………………………………..…24

2.2. Экспериментальные результаты и их обсуждение….................26

Выводы……………….…………………………………………….…….........31 Список литературы………………………………………………..…..………31

Введение

Актуальность темы.

Мультиферроики являются редкими многофункциональными материалами, показывающими более одного ферросвойства в одной и той же фазе. В последние годы мультиферроики привлекали внимание исследователей из-за их уникального поведения - взаимосцепления между двумя или больше ферросвойства, такими как сегнетоэлектричество, ферромагнетизм и ферроэластичность, а также из-за их предполагаемых применений в устройствах спинтроники, хранении информации, сенсорной технике и др.[1-5].Сегнетоэлектричество и ферромагнетизм имеют тенденцию взаимоисключения, и достижение их существования в едином составе является редким явлением. Действительно, для магнетизма требуются ионы переходного металла с частично заполненными d электронами, что не совместимо с требованием не заполненных d-орбиталей для сегнетоэлектричества. Эта очевидная несовместимость может быть преодолена в BiFeO₃.

Феррит висмута (BFO) – классический мультиферроик с относительно простой химической и кристаллической структурой продолжает оставаться в центре внимания исследователей как модельный объект магнитоэлектрических материалов, которые при комнатных температурах и слабых магнитных полях проявляют магнитоэлектрические свойства. Особенностью феррита висмута является одновременное сосуществование в нем сегнетоэлектрического и антиферромагнитного состояний с экстремально высокими температурами упорядочений (температура Кюри T_C =830°C и температура НееляT_N=370 °C.

Структурные, магнитные и диэлектрические свойства наночастицBFO сильно зависят от размера частиц, морфологии, легирования и т.д., которыми можно управлять в процессе синтеза. Как показано во многих работах, в наноструктурированном BFO намагничивание увеличивается монотонно с уменьшением размеров частиц. Увеличение ферромагнетизма в малых частицах обычно рассматривается с позиций подавления антиферромагнитной спиновой циклоиды. Грубым пределом, с которого антиферромагнетик переходит к слабому ферромагнетику, принято считать размеры частицот 60-65 нм иниже [6].

Краткий анализ размерных эффектов подтверждает важную регулирующую роль спиральной спиновой структуры в формировании магнитоэлектрических свойств в наноструктурирванном BFO. Несмотря на интенсивные исследования последних лет, все еще не решена проблема корреляции размера частиц с сегнетоэлектрическими и магнитными свойствами, когда их размер приближается к периоду спиновой циклоиды.

В этой связи актуальной является задача исследования частотной диэлектрических свойств нанопорошка BFO в широкой области температур, включая область антиферромагнитного фазового перехода.

Цель работы. Изучениедиэлектрических свойств(диэлектрическая проницаемость, проводимость) нанопорошкаBFOв широком интервале температур, включая области температур антиферромагнитного фазового перехода.

Объекты исследования. Объектами исследований явились нанопорошкиBFO, прокаленных при температурах 500^оС, 600^оС, 700^оС и 800^оС.

Научная новизна. Изучено влияние температурной обработки на диэлектрические свойства нанопорошка BFO. Показано, что переход из спин-упорядоченного антиферромагнитного состояния к спин-неупорядоченному состоянию влияет на сегнетоэластическое доменное состояние и, в конечном итоге, воздействует на упорядочение диэлектрических диполей. В результате около температуры НееляТ_N наблюдается аномальное поведение диэлектрической проницаемости.

Практическая значимость. Полученные результаты исследований способствуют более глубокому пониманию физических процессов в сегнетомагнитных композитах. Они позволяют составить представление о задачах, стоящих передхимиками, работающими в области получения новых материалов, закладываютпредставления о фундаментальной взаимосвязи состава, строения и свойств веществ, чтоявляется основой для направленного поиска новых объектов с заданными полезнымихарактеристиками.Они могут быть использованы при разработке и создании новых функциональных материалов с магитоэлектрическими свойствами и устройств различного назначения на их основе в электронной промышленности.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Слабый максимум , обнаруженный в окрестности температуры НееляT_N(370°C) и являющийся следствием диэлектрического отклика сегнетоэлектрической подсистемы на антиферромагнитный фазовый переход, имеет диффузный характер.

2. Частотная зависимость проводимости, измеренная при комнатной температуре, описывается степенным законом = + , типичным для многих неупорядоченных материалов с прыжковым характером проводимости.