论文总字数：28669字

摘 要

非中心对称钙钛矿在介电、压电、铁电和多铁性方面，具有优异的性质，因而被广泛应用于各个领域，如存储器件、光学、微电子和超声波等。在钙钛矿结构中，结构位移改变晶胞的对称性并诱导压电性和铁电性等性质。有三种不同的机制可以引起钙钛矿中的极性位移，分别为二阶Jahn-Teller形变、离子错配和氧八面体旋转。由于化学限制，只有少量A和B位阳离子可产生这些效应，非中心对称结构的钙钛矿氧化物数量有限。

层状钙钛矿包括Ruddlesden-Popper相、Aurivillius相和Dion-Jacobson相，它们不但是一类重要的铁电材料，而且是研究钙钛矿极性结构机制的理想模型。Dion-Jacobson相钙钛矿材料，具有非中心对称结构，表现出了良好的铁电性和磁性性能，人们已经对它进行了详细的研究。本文在前人的基础上，将中的元素替换为元素，得到新的DJ相钙钛矿材料，并对进行一系列的物性分析，手段包括X射线衍射、扫描电子显微镜、能量散射X射线光谱和超导量子干涉器件。新制备的样品展现出了和相似的结构，并具有顺磁性。新材料Dion-Jacobson相钙钛矿材料获得成功。

关键词：钙钛矿，磁性，新材料

Abstract

Because of excellent properties in dielectric, piezoelectric, ferroelectric and multiferroic, noncentrosymmetric perovskites are widely used in various fields such as memory devices, optics, microelectronics, and ultrasonics. In the ABO₃ perovskite structure, structural displacements can change the inversion symmetry of the unit cell and induce ferroelectricity and piezoelectricity. There are three different mechanisms that can cause polar displacement in the ABO₃ perovskites, including second-order Jahn–Teller distortions, cation ordering patterns, and nonpolar octahedral rotations. Due to chemical constraints, only a small amount of cations can produce these effects, and the number of noncentrosymmetric perovskite oxides is limited.

Layered perovskite-related materials, including the Ruddlesden Popper phase, Aurivillius phase, and Dion Jacobson phase, not only are an important class of ferroelectric materials but also represent ideal structural families in which to explore the mechanisms that give rise to polar structures. The Dion-Jacobson phase perovskite material has a non-central symmetric structure and shows good ferroelectric and magnetic properties. It has been studied in detail. By replacing the Bi element in with Sm element, a new DJ phase perovskite material can be obtained. The physical properties of the sample were analyzed by X ray diffraction, Scanning electron microscope, Energy-dispersive X-ray spectroscopy and Superconducting quantum interference device. The newly prepared sample exhibits a structure similar to that of and is paramagnetic. The new material Dion-Jacobson phase perovskite material was successfully acquired.

KEY WORDS: perovskite, magnetism, new material

目 录

摘要 III

Abstract IV

第一章 绪论 1

1.1 钙钛矿 1

1.1.1 简介 1

1.1.2 钙钛矿的应用 3

1.1.3 层状钙钛矿 4

1.2 磁性 6

1.2.1 磁性的历史 6

1.2.2 磁性的来源 7

1.2.3 磁性的分类 7

1.2.4 磁性的量子力学解释 10

1.3 铁电性 11

1.3.1 极化 11

1.3.2 应用 12

1.3.3 铁电性的理论 13

第二章 样品的制备 15

2.1 固相反应法介绍 15

2.2 实验流程 15

第三章 样品的表征 16

3.1 X射线衍射 16

3.1.1 介绍及原理 16

3.1.2 实验流程 18

3.2 扫描电子显微镜 18

3.2.1 介绍及原理 18

3.2.2 实验流程 20

3.3 能量散射X射线谱 20

3.3.1 介绍及原理 20

3.3.2 实验流程 21

3.4 超导量子干涉器件 21

3.4.1 介绍及原理 21

3.4.2 实验流程 23

第四章 数据分析及讨论 24

4.1 XRD表征 24

4.2 SEM表征 24

4.3 EDS表征 25

4.4 BSE表征 27

4.5 磁性表征 27

第五章 结论 28

致谢 29

参考文献 30

绪论

由于在介电、压电、铁电和多铁电性质上的利用价值，非中心对称钙钛矿结构氧化物被应用于大量新兴技术，例如超声波，电子学，光学和存储器件。在钙钛矿结构中，结构位移可以提升晶胞的反对称性并诱导压电性和铁电性等性质。

通常有三种不同的机制可以引起钙钛矿中的极性位移。第一种涉及二阶Jahn-Teller扭曲，即不同电子状态之间的电荷转移或杂交（在钛酸盐钙钛矿^[1]和孤子对材料中，如^[2]）诱导对称性缺失。第二种包括由静电离子尺寸失配因素驱动的对称性缺失的材料，如几何铁电体^[3]和^[4]。第三种为钙钛矿结构八面体的氧八面体旋转(OORs)，氧八面体旋转可破坏层状氧化物中的反对称性。由于化学限制，即只有少量A位和B位阳离子可产生这些效应，可产生非中心对称结构的钙钛矿氧化物数量有限。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：28669字