Ti⁴⁺掺杂M型六角铁氧体BaFe_12–xTi_xO₁₉陶瓷的磁学和介电特性

柏嘉玮¹，杨静¹，吕桢飞¹，唐晓东^1,2

1. 华东师范大学物理与电子科学学院电子科学系2. 华东师范大学极化材料与器件教育部重点实验室

摘 要：六角铁氧体由于其具备高温下的低场磁电耦合特性,有望应用于新型多态存储器及磁电传感器等微电子器件。利用Ti⁴⁺离子对M型六角铁氧体BaFe₁₂O₁₉进行B位掺杂,不仅可以调控材料的磁结构和磁学特性,同时,Ti离子在六角铁氧体B位的不等价掺杂还可以产生相关缺陷、载流子和变价Fe离子进而改变其电学特性。本研究采用固相烧结法制备了M型六角铁氧体BaFe_12–xTi_xO₁₉ （x=0, 0.5, 1, 1.5）陶瓷,并对其进行了性能表征和测试,研究了B位Ti⁴⁺掺杂对材料结构、磁学和介电特性的影响。研究结果表明, BaFe_12–xTi_xO₁₉呈现上、下自旋反平行的亚铁磁序。当Ti⁴⁺离子掺杂量较低时,更易取代位于上自旋格子的Fe³⁺离子,其磁化强度随Ti掺杂量的增加而减小;随着Ti⁴⁺离子掺杂量的进一步增加,位于下自旋格子的Fe³⁺离子也会逐渐被取代,此时,饱和磁化强度随掺杂量的增加而增加。此外, Ti⁴⁺离子的引入也会使晶粒内部呈现半导性,在晶粒/晶界处产生Maxwell-Wagner界面极化,故而M型六角铁氧体BaFe_12–xTi_xO₁₉陶瓷会出现明显的低频介电增强并伴随着Maxwell-Wagner介电弛豫。

关键词：B位离子掺杂;M型六角铁氧体;磁学特性;介电特性;