CN109809493A - 新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料及制备方法、电子器件 - Google Patents
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Abstract
一种新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料。所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的结构式为ABxOy。其中A为Bi、Pb、Sb、Sn或稀土金属元素中的一种或多种，B为过渡金属元素Fe、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Zn、Cu中的一种或多种，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料构成六角晶体结构。所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料同时具有转变温度高于室温的铁电性和亚铁磁性。另外本发明还提供了一种新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的制备方法以及采用所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料制成的电子器件。
Description
技术领域
本发明涉及材料科学领域，尤其涉及一种新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料及制备方法、电子器件。
背景技术
多铁材料(Multiferroics)是同时具有(反)铁磁、(反)铁电和铁弹三种铁性特征中的两种或两种以上的材料。而磁电耦合材料是指材料在外界磁场或电场的作用下，材料的铁电极化状态或磁性状态发生改变，即可以实现电场控制材料的磁性状态或者可以实现外界磁场控制材料铁电极化状态的一类材料。单相多铁材料中可以实现磁电耦合效应的少之又少，尤其是在室温(300K)及以上能够实现磁电耦合效应更是屈指可数。迄今为止，单相多铁材料局限在于：一般的铁电材料大都是反铁磁性质，而反铁磁体宏观上不表现或者只表现为弱磁性，不能实现有效的磁极化特性的电场调控；而另外一些磁性材料中，经由特殊的磁序、结构序或者电荷序而产生铁电性质，虽其磁电耦合特性相对较强，但转变温度通常远低于室温，很大程度上制约其实际应用的前景。因此寻找一种室温下同时具有铁电和显著磁性并且能够实现有效磁电耦合的多铁材料是业界近几十年的研究夙愿。
发明内容
基于此，有必要针对当前室温强铁电、磁性单相多铁材料以及显著室温磁电耦合效应的缺失，提供一种新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料及制备方法、电子器件。
一种新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的结构式为ABxOy，其中A为Bi、Pb、Sb、Sn或稀土金属元素中的一种或多种，B为过渡金属元素Fe、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Zn、Cu中的一种或多种，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料具有六角晶体结构。x的取值为4-6.5，y的取值为7.5-10.5。
在其中一个实施例中，所述稀土金属元素为La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、 Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y和Sc中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料为BiFexOy， x的取值范围4-6.5，y的取值范围为7.5-10.5。
在其中一个实施例中，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料在小于等于 800K时具有铁电性，在小于等于600K时具有铁磁性或亚铁磁性。
在其中一个实施例中，在低于600K的温度范围内，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的铁电性和铁磁性或者亚铁磁性共存。
在其中一个实施例中，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料为 BiFe32/6O19/2。
一种新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的制备方法，包括以下步骤：
提供基底和含有ABO组分的材料，其中A为Bi、Pb、Sb、Sn或稀土金属元素中的一种或多种，B为过渡金属元素Fe、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、 Zn、Cu中的一种或多种，加热使所述含有ABO组分的材料产生分子束、原子束或等离子体；
将所述分子束、原子束或等离子体沉积到所述基底，以形成所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料。
在其中一个实施例中，所述加热所述含有ABO组分的材料产生分子束、原子束或等离子体的步骤，包括：
采用脉冲激光轰击的方式对所述含有ABO组分的材料进行加热，激光的能量密度为0.3J/cm2-3J/cm2，激光脉冲频率为1-50Hz。
在其中一个实施例中，在将所述分子束、原子束或等离子体沉积到所述基底的过程中，提供氧压0.01Pa-20Pa，保持基底温度500℃-750℃。
一种电子器件，采用上述任一项所述的新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料制成，所述电子器件包括：存储器、磁头、超敏电磁传感器、低能耗逻辑器或自旋电子器。
本发明提供了一种新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料。所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的结构式为ABxOy。其中A为Bi、Pb、Sb、Sn或稀土金属元素中的一种或多种，B为过渡金属元素Fe、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Zn、Cu中的一种或多种。所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料构成六角晶体结构。x的取值为4-6.5，y的取值为7.5-10.5。所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料同时具有铁电性和亚铁磁性。并且，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料能够在室温以及高温下实现磁电耦合效应。另外本发明还提供了一种新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的制备方法。本申请成功地制备出了满足上述要求的单相新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料。根据本申请中的设计思路，制备出的所述单相新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFexOy具备高于750K的铁电居里温度，以及亚铁磁转变温度高达600K，磁极化强度高达0.5玻尔磁子每铁，远远高于其他室温多铁材料。如BiFeO3的磁极化强度仅仅约为0.02玻尔磁子每铁。该新型室温多铁材料的优异铁电、磁学特性蕴含着广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例提供的所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料制备方法流程图；
图2a为本发明实施例提供的对所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料进行卢瑟福背散射谱测量的测试拟合数据；
图2b为本发明实施例提供的对所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料进行 X射线能谱测量的数据；
图3为本发明实施例提供的所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的面外 X射线衍射图谱；
图4a为本发明实施例提供的所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的一个方向的倒易空间X射线衍射图谱；
图4b为本发明实施例提供的所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的与图 4a中所述一个方向相垂直的另一个方向的倒易空间X射线衍射图谱；
图5a为本发明实施例提供的所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的一个面的XRD的扫描图谱；
图5b为本发明实施例提供的所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的一个面的XRD的扫描图谱；
图6a为本发明实施例提供的所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的光学带隙测量数据；
图6b为本发明实施例提供的所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的电导率随温度变化曲线；
图7a为本发明实施例提供的所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的X射线吸收谱和与之相关的Fe元素的其它氧化物的吸收谱；
图7b为本发明实施例提供的所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料在室温下的面外的X射线磁圆二色谱；
图8a为本发明实施例提供的所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的不同温度下的面内、面外磁滞回线；
图8b为本发明实施例提供的所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的磁矩温度依赖曲线和X射线磁圆二色谱温度依赖曲线；
图9a为本发明实施例提供的所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料在 350K的X射线线性二色谱的信号曲线；
图9b为本发明实施例提供的所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的图9a 中带星号吸收峰的温度变化曲线；
图10a-图10c为本发明实施例提供的所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料在室温下经过外加电场调控后形成的铁电畴结构。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明提供的新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的结构式为ABxOy。其中A为Bi、Pb、Sb、Sn或稀土金属元素中的一种或多种，B为过渡金属元素Fe、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Zn、Cu中的一种或多种。所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料构成六角晶体结构。 x的取值为4-6.5，y的取值为7.5-10.5。所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料同时具有转变温度高于室温的铁电性和亚铁磁性。并且，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料能够在室温下实现磁电耦合效应。
多铁材料(Multiferroics)是同时具有铁磁(或者亚铁磁、反铁磁)、铁电和铁弹三种铁性特征中两种或两种以上的材料。当铁电和铁磁(或者亚铁磁、反铁磁)两种序参量相互耦合时就形成了多铁性磁电耦合材料，并可以通过电场控制该材料的磁性状态或者磁场控制该材料的铁电极化状态。磁电耦合效应提供一种新型的器件设计途径，比如通过电场对磁性的控制可以设计电写磁读的低能耗、快速存储器；可以同时分别利用电极化和磁极化设计多态存储器；可以设计超敏(电磁)传感器；可以设计电场调控的自旋阀等自旋电子学器件等。可以理解，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料可以设计成隧道结，发射机，接收机，发射机-接收机模块，相位阵列系统或谐振器等。
本发明中所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料结构式为ABxOy，具有六角晶体结构。其中A为Bi、Pb、Sb、Sn或稀土金属元素中的一种或多种，B为过渡金属元素Fe、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Zn、Cu中的一种或多种，O 为氧元素。x和y分别为所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料中B和O的成分比例。可以理解，所述x和y的取值并不限定，x的取值为4-6.5，y的取值为 7.5-10.5，只要该分子式ABxOy能够形成具有电中性的所述具有的六角晶体结构的新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料即可。
可以理解，本发明所述的结构式为ABxOy的新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料是一种新型的室温新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料在室温下具有很好的性质。
在一个实施例中，所述稀土金属元素为La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、 Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y和Sc中的一种或多种。所述过渡金属元素为Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Cu中的一种或多种。可以理解， A还可以是Bi、Pb、Sb、Sn和稀土金属元素中一种或多种元素组成的合金，如： BimLun，其中，m、n分别为所述合金中Bi、Lu的含量，m与n的和为1。同样可以理解，B还可以是所述过渡族金属元素中一种或多种元素组成的合金，如： FeoMnpCuq的合金。其中，o、p、q分别为所述合金中Fe、Mn、Cu的含量，o、 p与q的和为1。由于A、B的元素不同，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的性质也会略有不同。
在一个实施例中，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料ABxOy中A为Bi 元素。B可以为所述过渡族金属元素：Co、Cr、Fe、Mn、Ni、Cu、Ti、Zn、Sc 和V中的一种或多种。x、y的比例并不限定。比如，本实施例中，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料ABxOy可以为BiCoxOy，Bi(CoFe)xOy等。
在一个实施例中，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiBxOy中B为Fe 元素。x、y的比例并不限定。比如，本实施例中，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料ABxOy可以为BiFexOy。
在一个实施例中，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFexOy中x为 5-5.5，y为9-10。
在一个实施例中，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料ABxOy中，x的取值为32/6，y的取值为19/2。可以理解，本实施例中所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料可以是BiFe32/6O19/2、LuFe32/6O19/2、BiMn32/6O19/2等。
在一个实施例中提供一种新型室温新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFexOy。所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料在室温下是铁电材料，在室温下也是亚铁磁材料。
请参阅图1，本发明提供一种新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的制备方法，包括以下步骤：
S112，提供基底和含有ABO组分的材料。其中A为Bi、Pb、Sb、Sn或稀土金属元素中的一种或多种。B为过渡金属元素Fe、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、 Ni中的一种或多种。加热使所述含有ABO组分的材料产生分子束、原子束或等离子体。
所述基底可以是氧化铝(Al2O3)等具有密排六方结构的单晶材料。所述基底并不限定于Al2O3，还可以是ZnO，GaAs等基底。所述含有ABO组分的材料，可以是A、B、O元素的任意组合。比如，用所述含有ABO组分的材料BiFeO3。再比如，用所述含有ABO组分的材料PbFeO3。
所述加热过程可以理解为使所述含有ABO组分的材料中的分子、原子或者等离子体被激发。被激发后的所述含有ABO组分的材料中的分子、原子或者等离子体沉积到所述基底，形成所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料。
在一个实施例中，所述加热使所述含有ABO组分的材料产生分子束、原子束或者等离子体的步骤，包括：采用激光照射的方式对所述含有ABO组分的材料进行加热，激光照射的能量密度为0.3J/cm2-3J/cm2，激光照射的频率为1-50Hz。
在一个实施例中，所述将所述分子束或原子束沉积到所述基底的步骤，包括：在沉积过程中，提供氧压0.01Pa-20Pa，保持基底温度500℃-750℃。
S114，将所述分子束、原子束或等离子体沉积到所述基底，以形成所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料。
在一个实施例中，可以通过调整所述基底与所述含有ABO组分的材料的相对位置及距离，使所述分子束、原子束或者等离子体沉积到所述基底表面具有所要求的化学计量比，以形成所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料。在一个实施例中，可以设置所述基底与所述含有ABO组分的材料处于相向放置，并且相距3cm-8cm。
在一个实施例中，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的制备方法并不限制。还可以采用离子溅射、脉冲激光沉积、磁控溅射、分子束外延、化学气相沉积以及溶胶-凝胶制备所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料。所述衬底并不限制。只要可以通过外延能够形成所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料即可。
在一个实施例中，所述基底选用氧化铝(Al2O3)。采用本发明提供的新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的制备方法制备所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BixFeyOz。以下的图2-图10为对上述的所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BixFeyOz的结构及性能进行表征。
所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的组分可以通过卢瑟福背散射谱(RBS)和X射线能谱(EDS)来标定。图2a是对所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料进行卢瑟福背散射谱的测试数据及与实验数据相对应的拟合结果。从中可以得到所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料中Bi:Fe＝1:4.9。图2b是对所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料进行X射线能谱的测试数据。从中可以得到所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料中Bi、Fe的元素比例Bi:Fe约为1:5。以上测量结果与所述材料最简分子式为BiFe32/6O19/2的组分基本相当，其中Bi元素和 Fe元素价态均为+3价，满足材料中的电中性需求。另外，由于铁阳离子半径小于氧负离子半径，在形成铁氧化物时，晶体为保持电中性和结构的连续性而倾向于形成铁离子空位而不是产生氧空位。所以BiFe32/6O19/2可以理解为具有铁空位的Bi2Fe11O19结构，为了保持电中性，这里的铁空位为1/3。
图3为所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2的面外X射线衍射图谱。由图3可以看出，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2薄膜样品表现为单一取向的纯相。从图3中还可以得到所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2的面外晶格常数为图3中的插图为所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2(008)的ω扫描峰，其半高宽(FWHM)为0.09°，表明所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2的结晶性很好。
图4a和图4b为所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2沿两个相互垂直的主轴方向的倒易空间图谱(RSM)。从图4a和图4b中的Z的值，可以得到所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2的面外的晶格常数与图3中的XRD图谱得出的结论一致。从4a和图4b中的X值可以计算出所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2的面内的晶格常数
图5a和图5b为所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2的XRD 的扫描图谱(Phi-Scan)。选择图4a中样品(2218)峰和衬底Al2O3(119)峰；图4b 中样品(3018)峰和衬底Al2O3(1010)峰，进行XRD的扫描，从图5中可以观察到所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2具有六重对称性。
图6a和图6b，表征所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2的绝缘性质。图6a为所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2的光学带隙测量。利用半导体光学带隙经验公式，可以拟合得到所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2的直接带隙和间接带隙分别为2.61eV和1.56eV，表明所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2具有很好的绝缘特性。图6b为所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/ 6O19/2电阻率随温度变化曲线。利用经验公式，可以拟合得到所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料 BiFe32/6O19/2的激活能为0.60eV。从图6a、图6b两项测试，得出所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2是一个很好的绝缘材料，与电中性的假设相符。
图7a表示所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2的X射线吸收谱和与之相关的其它铁氧化物的吸收谱对比。从图7a中可以看出，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2中Fe元素的价态为3+，不含有2+的 Fe元素。图7b表示室温下所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2的面外的X射线磁圆二色谱(XMCD)。由图7b可以计算出室温下所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2的面外磁矩大小为0.33μB/Fe(玻尔磁子每铁)。
图8a表示不同温度下所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2的面内、面外磁滞回线。从图8a中可以看到所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2面外面内均具有铁磁性。其中室温300K时，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2面外磁矩的大小约为0.35μB/Fe(玻尔磁子每铁)，与图7b中通过XMCD测到的所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料 BiFe32/6O19/2的面外磁矩大小相一致。图8b表示所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2的磁矩温度依赖曲线和XMCD温度依赖曲线。从图8b中可以看出：在低温下，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2的面外磁矩可达到0.5μB/Fe，远大于目前已知的其他多铁材料的磁矩。同时根据XMCD 温度依赖曲线可以判断出所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2的铁磁居里温度约为600K，远高于室温300K。
在一个实施例中，图9a和图9b表征所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2的铁电性质。图9a中显示的是所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/ 6O19/2在350K的X射线线性二色谱(XLD)(面外-面内)的信号曲线。从中可以看出，在350K温度下，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料 BiFe32/6O19/2的对线形极化的X射线的吸收存在面外面内差异，即显示出线偏振二色性XLD。已知XLD可以来源于磁有序和结构畸变(铁电极化)。图9b表示的是图9a中带星号吸收峰的温度变化曲线，从图9b中可以看出XLD信号在600K存在源于磁转变的明显跳变，而在750K时仍不为零。该测量说明所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2的在转变温度高于750K时候依然存在晶格畸变，可能形成铁电极化。由于测试手段的限制，目前可以确定所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料BiFe32/6O19/2的铁电居里温度高于750K，但其确切的数值有待进一步确认。
图10a-图10c表示样品的PFM(压电力显微镜)面外信号图像，图10a表示未经电场极化的PFM图，图10b表示在图10a中选中的区域，利用+15V的电压极化样品的极化状态，即在原畴结构的基础上形成一个反方向的单一极化的铁电畴。图10c表示的是在图10b中形成的单一铁电畴的区域内，利用-15V 的电压反转铁电畴，形成一个与最外围(初始状态)极化状态相同的铁电畴，从而实现了铁电畴的可逆翻转。该测量进一步证明所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料铁电特性的存在。
在一个实施例中，上述的所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料 BiFe32/6O19/2中，Bi元素可以部分替换为Sb、Pb、Sn或稀土金属元素中的一种或多种元素，Fe元素可以部分替换为Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni中的一种或多种元素。由于同族元素之间性质相似，形成的所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料也能在室温具有磁电耦合效应。比如：(BiLu)2Fe32/6O19、(BiLa)2Fe32/6O19、 Bi(FeCo)32/6O19、Bi(FeMn)32/6O19、Bi(FeCr)32/6O19等。
在一个实施例中，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料包括粉末、薄膜、块材、纳米结构以及其与其它材料形成的复合结构。可以理解，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的形态并不限制。当所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料为粉末、薄膜、陶瓷、多晶或单晶块材、纳米结构以及复合结构时，都能够实现室温下的多铁特性及磁电耦合效应。
一种电子器件，采用上述任一项所述的新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料制成，所述电子器件包括：存储器、磁头、超敏电磁传感器、低能耗逻辑器或自旋电子器等。可以理解，随着科技的发展本发明中的新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料可以应用在更多的电子器件中，因此这里的电子器件包括但不仅限于以上所述的各种电子器件。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，随其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料，其特征在于，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的结构式为ABxOy，其中A为Bi、Pb、Sb、Sn或稀土金属元素中的一种或多种，B为过渡金属元素Fe、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Zn、Cu中的一种或多种，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料具有六角晶体结构，其中，x的取值为4-6.5，y的取值为7.5-10.5。
2.如权利要求1所述的新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料，其特征在于，所述稀土金属元素为La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y和Sc中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料，其特征在于，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料为BiFexOy，x的取值范围4-6.5，y的取值范围为7.5-10.5。
4.如权利要求3所述的新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料，其特征在于，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料在小于等于800K时具有铁电性，在小于等于600K时具有铁磁性或亚铁磁性。
5.如权利要求4所述的新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料，其特征在于，在低于600K的温度范围内，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的铁电性和铁磁性或者亚铁磁性共存。
6.如权利要求3所述的新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料，其特征在于，所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料为BiFe32/6O19/2。
7.一种新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供基底和含有ABO组分的材料，其中A为Bi、Pb、Sb、Sn或稀土金属元素中的一种或多种，B为过渡金属元素Fe、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Zn、Cu中的一种或多种，加热使所述含有ABO组分的材料产生分子束、原子束或等离子体；
将所述分子束、原子束或等离子体沉积到所述基底，以形成所述新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料。
8.如权利要求7所述的新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的制备方法，其特征在于，所述加热所述含有ABO组分的材料产生分子束、原子束或等离子体的步骤，包括：
采用脉冲激光轰击的方式对所述含有ABO组分的材料进行加热，激光的能量密度为0.3J/cm2-3J/cm2，激光脉冲频率为1-50Hz。
9.如权利要求7所述的新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料的制备方法，其特征在于，在将所述分子束、原子束或等离子体沉积到所述基底的过程中，提供氧压0.01Pa-20Pa，保持基底温度500℃-750℃。
10.一种电子器件，其特征在于，采用如权利要求1-6中任一项所述的新型铋铁氧室温多铁磁电耦合材料制成，所述电子器件包括：存储器、磁头、超敏电磁传感器、低能耗逻辑器或自旋电子器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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