文 献 综 述

1.绪论

多铁性材料是指同时展现两种或两种以上铁的基本性能，如铁磁性、铁电性和铁弹性。在多铁性材料中，不同的铁性能能够产生一些新的效应，如磁电效应、磁介效应。正是由于这些新的效应，使得多铁性材料具有非常大的潜在应用前景，可广泛用于转换器、传感器、电容器和存储设备等。这也是越来越多的研究人员从事这项研究的主要原因。一般而言，多铁性材料主要分为三种：单相材料、颗粒复合材料和层状（薄膜）复合材料，其中后两项可统称为多铁性复合材料。磁电效应（又称ME效应）是多铁性材料的一个重要实际应用。

铁酸铋(BiFeO₃)是一种由于结构参数有序而导致在室温下同时存在铁电有序和反铁磁有序的材料，是少数室温下同时具有铁电性和磁性的铁磁电材料之一。早期的多晶X射线衍射结果显示BiFeO₃具有菱形畸变类钙钛矿结构，Hill和Reyes等研究结果也进一步支持这一结论，并指出BiFeO₃属于R3c空间群。从结构对称性角度看，这种结构既允许铁电性的存在，也允许弱铁磁性出现。BiFeO₃ 较高的居里温度(Tc=1123K)和尼尔温度(Tn=650K)使其成为具有广泛应用前景的材料之一。本文主要介绍了BiFeO₃的结构特征、性质及用途，薄膜制备方法，材料表征方法，研究现状及前景展望。

BiFeO₃具有8个结构相变，BiFeO₃为扭曲的三角钙钛矿结构(R3c)，此钙钛矿结构是沿[111]方向将立方结构拉伸而成的，Bi相对Fe-O八面体沿此方向发生位移，引起了不均匀的晶体结构，自旋沿(110)晶面排列成螺旋结构，螺旋周期为62nm。尽管纯相的BiFeO₃在室温下呈弱反铁磁性，但是大多数BiFeO₃陶瓷在室温下的磁性测量结果都是线性的，因为磁性所属的3m点群允许线性磁电效应，但是BiFeO₃的反铁磁矢量及线性磁电效应在1个周期内的都平均为零。

图1 BiFeO₃的结构

2. BiFeO₃的制备及其性能

2.1 研究意义及背景

BiFeO₃是一种典型的单相磁电多铁材料，具有斜六方畸变钙钛矿结构，是极少数已知的在室温下同时呈现铁电性（居里温度810℃）和G型反铁磁性（奈尔温度380℃）的材料之一。由于BFO材料中不含铅，有利于环境保护和人体健康，因此被认为是现在广泛用于商业制造的锆钛酸铅（PZT）材料的理想替代品，为人们研究新型存储元件的材料提供了新方向，有望应用于滤波器、传感器及非线性光学器件中。

但制备纯BiFeO₃块材或薄膜是很困难的。合成过程中，由于动力学因素容易导致杂质的产生，且Fe³ 离子易变成Fe² 离子，形成氧空位导致材料的绝缘性降低，这些因素限制了其铁电性能的应用。近年来，随着制备方法的发展，人们制备出了高质量的BiFeO₃块材和薄膜，极大地减小了漏导，因而获得了较强的铁电性，并使其重新受到了广泛关注。