的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及材料科学领域，具体设及一种新型磁电禪合多铁性材料BiMns&4〇。的 制备方法。
【背景技术】
[000引 磁电禪合多铁性材料（Ma即etoelectric coupling multiferroics)是指同时具 有铁电性和长程磁有序的化合物，并且铁电性和磁有序具有较强的禪合效应。该类材料可 W实现电与磁的相互调控，例如通过磁场调控电极化状态，通过电场调控磁化状态，因此磁 电禪合多铁性材料是一种新型多功能材料，在自旋电子学、多态存储、电磁传感器等领域有 广泛的应用前景。
[0003] 在过渡金属氧化物中，电极化不需要d电子参与，而长程磁有序需要d电子的参 与。因此，原则上铁电性与长程磁有序是很难在同一个材料体系中共存并且相互调控的。然 而，人们最近发现一些特殊的磁结构可W打破某些材料体系的空间反演对称性，从而产生 自旋有序导致的电极化，即所谓的磁电多铁偶合效应。目前，具有磁电禪合多铁效应的材料 体系仍然非常有限，大大制约该一新奇效应的研究与应用。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明提出了一种新型磁电禪合多铁性材料BiMns&及其制备方 法。
[0005] 在第一方面，本发明提供了一种新型磁电禪合多铁性材料，所述新型磁电禪合多 铁性材料的化学式为BiMns化4〇12。
[0006] 在第二方面，本发明提供了一种新型磁电禪合多铁性材料BiMns&4〇12的制备方 法，包括：
[0007] 把纯度高于99.9%的Bi2〇3、Mn2〇3和化2〇3按摩尔比1:3:4混合后充分研磨、筛选； [000引将筛选过的原料装入金或销金胶囊并压实；
[0009] 高温高压固相反应。
[0010] 优选地，所述高温高压固相反应的装置为六面顶压机或6-8型二级推进压机。
[0011] 优选地，所述高温高压固相反应的压力为6-lOGPa、温度为900-1300°C、高温高压 反应时间为10-60分钟。
[0012] 优选地，所述金或销金胶囊的直径为2-lOmm，长度为2-lOmm，壁厚为l-2mm。
[001引本发明提出的BiMns化0。是一种新型的磁电禪合多铁性材料，其具有弱铁磁自旋 序、较大的介电常数与电偶极化强度，W及较高的临界温度，在自旋电子器件、多态存储器 件等领域有良好的应用前景。
【附图说明】
[0014] 通过W下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述W及其它目的、特征和 优点将更为清楚，在附图中：
[00巧]图1示出了实施例1制备的新型磁电禪合多铁性材料BiMns化4〇12的XRD图谱；
[0016] 图2示出了实施例1制备的BiMns化0。的磁化率和比热随温度变化的曲线；
[0017] 图3示出了实施例1制备的BiMns化0。的介电常数随温度变化的曲线；
[001引图4示出了实施例1制备的BiMns化0。的极化强度随温度变化的曲线；
[0019] 图5示出了实施例1制备的BiMns化4〇12的电滞回曲线；化及
[0020] 图6示出了实施例1制备的BiMns化0。的磁滞回线。
【具体实施方式】
[0021] 在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术 人员来说没有该些细节部分的描述也可W完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质， 公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。除非上下文明确要求，否则整个说明 书和权利要求书中的"包括"、"包含"等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举 的含义；也就是说，是"包括但不限于"的含义。
[002引本发明设及同时具有铁电性和长程磁有序的磁电禪合多铁性材料BiMns化4012及 其制备方法。作为本发明的一个优选的实施例，本发明提出的BiMns化40。可W由W下步骤 制备：
[002引把纯度高于99. 9%的叫03、Mn203和& 203按摩尔比1:3:4混合后充分研磨，再通 过200目筛子筛选；将筛选过的原料装入金或销金胶囊并压实，其中，所述金或销金胶囊的 直径为2-lOmm，长度为2-lOmm，壁厚为l-2mm ;将胶囊置于六面顶压机或6-8型二级推进压 机，设置压力为6-lOGPa、温度为900-1300°C，使金或销金胶囊内的原料在高温高压下反应 时间为10-60分钟。
[0024] W下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于该些实施例。
[002引 实施例1 ;
[0026] 把纯度高于99. 9 %的Bi2〇3、Mn2〇3和化2〇3按摩尔比1:3:4混合后充分研磨后通过 200目筛子筛选；将筛选过的原料装入金或销金胶囊并压实，其中，所述金或销金胶囊的直 径为10mm，长度为10mm，壁厚为2mm ;将金或销金胶囊置于六面顶压机或6-8型二级推进压 机，设置压力为8G化、温度为1050°C，使金或销金胶囊内的原料在高温高压下反应时间为 30分钟。
[0027] 图1示出了实施例1制备的新型磁电禪合多铁性材料BiMns化4〇12的X畑图谱。通 过新型磁电禪合多铁性材料BiMns化4〇12的XRD图谱可W得到制备的BiMn 3化4〇12属于A位 有序立方双巧铁矿结构，属于Im-3空间群，晶格参数为a = b = C = 7. /iOOA。
[002引图2示出了实施例1制备的BiMns化40i2的磁化率和比热随温度变化的曲线。其中， 磁化率的零场冷却狂ero Field cooled, ZFC)的测量过程，首先不加磁场的情况下降温，然 后在外加磁场H下升温测量样品的磁化率，有场冷却（Field cooled，FC)的测量过程，首先 在外加磁场H下降温，然后在外加磁场H下升温测量样品的磁化率。从BiMns&4012磁化率 与比热曲线可W得到BiMns化4012具有两个反铁磁相变，对应的反铁磁相变温度分别约为Twi =120K 与 Tn2= 40K。
[0029] 图3示出了实施例1制备的BiMns化4〇。的介电常数随温度变化的曲线。如图3所 示，随着温度降低，介电常数逐渐增大，并在140K附近达到最大并形成较宽的峰，特别是在 Tw2附近介电常数的变化趋势有个明显的改变，预示着磁介电性质的禪合。
[0030] 图4示出了实施例1制备的BiMns化4〇12的加电场冷却测量得到的极化强度随温度 变化的曲线。由图4可知当温度降低至170K时便可观察到电极化的出现，随着温度进一步 降低电极化强度逐渐增大，并在V附近接近饱和。然而进一步降温至Tw2附近时，电极化强 度再次得到加强，更加证实Tw2附近的磁电禪合多铁行为并且具有较大的电极化强度。
[003U 图5示出了实施例1制备的BiMns化0。的电滞回线。如图5所示，外加电场的 最大场强为8.化v/cm，BiMns化4012具有明显的铁电性。温度在30K时，剩余极化强度为 0. 045 y C/cm2,矫顽场为6. Okv/cm ;温度在75K时，剩余极化强度为0. 082 y C/cm2,矫顽场 为5. 8kv/cm ;温度在130K时，剩余极化强度为0. 071 y C/cm2,矫顽场为5.化v/cm。电滞回 线与电极化测试均表明BiMns化0。的电极化性质在反铁磁有序温度W上已经出现，并在Tw2 时可观察到明显的磁电禪合多铁行为。
[00对图6示出了实施例1制备的BiMns化0。的磁滞回线，在温度低于50K时，实施例1 制备的BiMns化4012具有弱磁滞，预示着倾斜反铁磁有序导致的弱铁磁性的出现。在温度高 于50K时，实施例1制备的BiMns化0。的磁化强度与外加磁场之间表现出良好的线性依赖 关系，与相应的共线反铁磁行为（Tm与Tw2之间）或顺磁态（TwiW上）是吻合的。
[003引本发明提出的BiMns化4012是一种新型磁电禪合多铁性材料，具有弱铁磁有序、较 大的介电常数和电偶极化强度，在自旋电子器件、多态存储器件等领域有良好的应用前景。
[0034] W上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员 而言，本发明可W有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同 替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种新型磁电耦合多铁性材料，其化学式为BiMn 3Cr4012。
2. -种制备权利要求1所述的新型磁电耦合多铁性材料的方法，包括： 把纯度高于99. 9 %的Bi203、Mn2O3和Cr 203按摩尔比1:3:4混合后充分研磨、筛选； 将筛选过的原料装入金或铂金胶囊并压实； 高温高压固相反应。
3. 根据权利要求2所述的新型磁电耦合多铁性材料的制备方法，其特征在于，所述高 温高压固相反应的装置为六面顶压机或6-8型二级推进压机。
4. 根据权利要求2所述的新型磁电耦合多铁性材料的制备方法，其特征在于，所述高 温高压固相反应的压力为6-10GPa、温度为900-1300°C、高温高压反应时间为10-60分钟。
5. 根据权利要求2所述的新型磁电耦合多铁性材料的制备方法，其特征在于，所述金 或铂金胶囊的直径为2-10mm，长度为2-10mm，壁厚为l-2mm。
【专利摘要】公开了一种新型磁电耦合多铁性材料及其制备方法，所述新型磁电耦合多铁性材料的化学式为BiMn3Cr4O12。制备所述新型磁电耦合多铁性材料BiMn3Cr4O12的方法包括：把纯度高于99.9％的Bi2O3、Mn2O3和Cr2O3按摩尔比1:3:4混合后充分研磨、筛选；将筛选过的原料装入金或铂金胶囊并压实；高温高压固相反应。所述新型磁电耦合多铁性材料BiMn3Cr4O12具有弱铁磁自旋序、较大的介电常数和电偶极化强度，以及较高的临界温度，在自旋电子器件、多态存储器件等领域有良好的应用前景。
【IPC分类】C04B35-622, C04B35-12
【公开号】CN104671755
【申请号】CN201510069601
【发明人】龙有文, 周龙, 殷云宇
【申请人】中国科学院物理研究所
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月10日