高溫原位拉曼光譜研究BiFeO3陶瓷反應燒結相變過程

尹晗迪，李朝霞，孫 玥，阮音捷，卓尚軍，程國峰

中國科學院上海硅酸鹽研究所，上海 200050

引 言

多鐵材料是當前國際上的研究熱點之一，它在電磁設備、光電子學、自旋電子學等領域有著廣泛的應用前景[1]。 BiFeO3(BFO)是典型的多鐵材料，為斜方結構，空間群R3c，居里溫度約1 100 K，且在640 K以下呈G型反鐵磁序，能在室溫下同時表現出鐵電性和反鐵磁性，并可能具有磁電耦合效應[2-3]。 對于BFO基材料的性質及結構的研究數不勝數，但仍然存在相互矛盾的結果，而這些有爭議的結論常常是因為無法制備純相的BiFeO3[4-7]。 由于BiFeO3的合成溫區較窄，Bi在高溫時易揮發，導致在BiFeO3陶瓷中常含有少量Bi2Fe4O9，Bi25FeO39等雜相[8]。 此外，對其反應燒結相變規律的認識尚不充分，相關的報導也較少，也是制備純相陶瓷較困難的一個因素。 我們的前期工作利用高溫原位X射線衍射法研究了Bi2O3-Fe2O3配比為1∶1時，不同升溫速率下產物中BiFeO3相的含量，發現速率越快，含量越高[9]。 因此，亟需對BiFeO3陶瓷的反應燒結相變規律進行深入的研究。

拉曼光譜對物質結構變化十分敏感，高溫原位拉曼測試能提供高溫狀態下物質的結構及相組成等變化[10]，是表征復雜的固體相變及反應的有力手段。 BiFeO3材料的拉曼光譜已有一些研究，Kothari等[11]和Fukumura等[12]通過群論預測了多晶和單晶BFO的13個拉曼振動模。 Fukumura等還測量了不同溫度下BFO單晶的拉曼光譜，研究了磁序與結構相變的關系[13]。 Kothari等測量了常溫下多晶BFO陶瓷的拉曼光譜[11]，Rout等補充了變溫拉曼的實驗，并發現了Neel溫度附近的結構變化以及低溫下的自旋再取向轉變[14]。……