BiFe1-xScxO3陶瓷的介电性能研究(2)
1.1 发展背景
1.1.1 铁磁电体简介
所谓的铁磁电体指的是在某一特定温度下同时具有（反）铁磁、（反）铁电两种特性的多铁性材料。铁磁电体具有磁电耦合效应，同时具有铁电序与铁磁序，将材料放置在外电场里可发生磁极化，相反地，将材料放置在磁场里也能发生电极化，这种电场与磁场的耦合在实际中有很不错的应用前景。在实际应用中人们通过外加电场改变材料磁性，通过施加外加磁场改变电极化强度。通过磁电效应人们在设计器件有了更大的发挥空间，可以设计出新型的磁电相互控制功能的新型器件，这也是铁磁电体相比较其他单独基于铁电或者磁电材料最大的优势所在。
从铁磁电体的发现到应用，由于该材料的电极化可被外电场翻转的特性，都受到了科学家及工业生产的极大关注。此外，即使铁磁电体在外电场零，剩余极化依旧能够得到保持。这种特性使得铁磁电体薄膜形态在信息储存有着极大的应用潜力。铁磁电体的+Pr/-Pr 电极分别代表着“0”和“1”，与计算机的存储方式进行对应[3]。由此看来，采用这种材料设计开发的储存单元，不仅能够快速的实现数据的读取，还能够在器件断电时候保持数据的存储，即非挥发存储，等同于目前计算机中普遍使用的硬盘。但由于计算机中使用的是磁写入和读取，不仅功耗比较大而且速度比较慢。而铁电体由于采用的是电写入和读取，不仅读写速度提高很多而且极大的降低了功耗。
1.1.2 BiFeO3的结构和性能
目前有上百种的铁磁电体已经被发现，而且现在还不断的发现新的材料体系，以复杂结构的氧化物居多[4]。虽然目前发现了众多的铁磁电材料，但是能够真正得到实际中应用的材料却是少之又少。而BiFeO3则是其中最有可能得到应用的材料。BiFeO3铁磁电材料中最为典型的，具有较高的居里温度（1083K）和尼尔温度（675K），由于在室温下同时具有铁电性和磁性而引起科学家极大的关注[5]。
BiFeO3被认为有8个结构相变，下图所示的是室温下BiFeO3是属于优尔方钙钛矿的结构，BiFeO3的晶格常数分别为 ：a=b=c=5.63?，α=β=γ=59.4°[6，7]。BiFeO3 陶瓷是 R3c 点 群的一种，其晶体结构是沿着（111） 方向进行拉伸而偏离理想的立方结构，致使其形成扭曲的三方钙钛矿结构[8]。
图1-1 BiFeO3的晶体结构
目前一些相关研究表明，ABO3型材料在发生相变时，由于氧八面体中心的 B位离子相对其发生偏移，导致电偶极矩的出现，这便是 ABO3型材料出现铁电性的原因。而对于BiFeO3来说，由于 Bi离子中的6 s孤对电子与6 p空轨道电子以及氧离子轨道产生杂化，扭曲了晶体结构中的电子云非对称中心，这就是 BiFeO3铁电性产生的原因。同时，Bi离子相对于 Fe-- O八面体发生位移，使晶体结构呈现不均匀状态，自旋沿（110）晶面排列形成螺旋结构，62 nm为此螺旋结构的螺旋周期，即 BiFeO3具有 G型反铁磁性结构。在这种结构中，每一个 Fe3+被6个自旋取向与其平行的 Fe3+离子围绕，而相邻的两个铁原子磁矩相对[111]轴旋转某一角度造成（111）面内产生净磁矩，这就解释了宏观上 BiFeO3呈现出弱铁磁性的原因[9]。
1.2 BiFeO3的研究现状
1.2.1 BiFeO3的应用限制
在目前发现的多铁性材料中，BiFeO3是最有希望得到应用的材料之一，它是目前唯一居里温度和奈尔温度都在室温以上的材料，所以受到众多科学家的研究和关注[10]。但是在目前还需要发展更加先进成熟的制备技术才能使BiFeO3真正投入应用。
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