釔鐵石榴石基鐵氧體的磁特性與磁電耦合效應研究.pdf

1、近二十年以來，通訊領域科學技術取得了迅猛發(fā)展。對于通訊器件小型化、多功能化、集成化的需求日趨迫切。因此，多鐵性材料由于其自身獨特的磁電耦合特性，及其可預期的“磁-電”雙調(diào)諧應用受到了研究者的高度關注。在本論文中，我們主要就釔鐵石榴石（Yttrium Iron Garnet, YIG）鐵氧體中的李希特磁后效；“0-3”型釔鐵石榴石微米同質(zhì)復合與納米異質(zhì)復合材料中的磁電耦合效應；釔鐵石榴石基鐵氧體在甚高頻（VHF）頻段中的磁介電效應；釔鐵石

2、榴石基鐵氧體在C波段與S波段中的共振型磁介電效應四個方面展開了詳細的機理研究。主要內(nèi)容如下：
　　首先，本文探究了室溫下鋯、鈰摻雜的釔鐵石榴石（Zr-YIG, Ce-YIG）在1 MHz至1 GHz的復磁導率頻率響應特性，首次從頻率響應的角度驗證了室溫下釔鐵石榴石鐵氧體中高頻李希特后效的存在。同時系統(tǒng)地研究了上述材料在交變磁場中的磁化過程，通過合理的磁譜擬合計算揭示了高頻李希特后效與已知的磁疇壁位移（Domain wall mot

3、ion）與疇壁自然共振（Spin rotation）兩種機制的關系。
　　其次，本文詳細研究了基于微波旋磁鐵氧體YIG的微米同質(zhì)復合與納米異質(zhì)復合材料的基本物性及其相關磁電耦合效應。通過固相反應法將YIG與新型室溫多鐵材料YFeO3（YIP）進行復合，制備成“0-3型”(1-x)YIG-xYIP微米同質(zhì)復合磁電材料（其中x代表 YIP相所占的摩爾比例），其室溫下最大磁電耦合系數(shù)為10.648 mV/cm-Oe（x=0.3）。另一方

4、面，采用溶膠—凝膠法將納米 BaTiO3（BTO）均勻分散到微米級YIG體系中，制備了(1-x)YIG-xBTO納米異質(zhì)復合磁電材料（其中x為BTO相所占的體積分數(shù)）。利用納米BTO自身的高比表面積，使YIG-BTO納米異質(zhì)復合磁電材料在較低的納米BTO含量下（x=0.25）即可獲得相對較大的逆磁電耦合效應，并有效地降低了復合材料體系在微波頻段的介電損耗。
　　再次，本文還研究了錫摻雜釔鐵石榴石（Sn-YIG）的晶體結構、元素價態(tài)

5、、靜態(tài)磁特性以及其在甚高頻段（10 MHz至300 MHz）中的磁介電效應等方面內(nèi)容，深入分析了Sn-YIG鐵氧體中Fe2+-Fe3+偶極子重取向所導致的內(nèi)秉磁介電效應與磁阻效應和“麥克斯韋—瓦格納”效應兩者共同作用所導致的外秉磁介電效應間的深層次關系以及Sn4+離子對上述效應的調(diào)節(jié)機制。
　　最后，本文以鈰、鐿摻雜的釔鐵石榴石（Ce-YIG, Yb-YIG）為研究目標，在C波段及 S波段中首次觀測到了顯著的室溫共振型微波磁介電效

6、應。結果表明，Ce-YIG與Yb-YIG在直流磁場與微波磁場的共同作用下，會產(chǎn)生強烈的鐵磁共振現(xiàn)象與介電共振行為。研究發(fā)現(xiàn)，材料體系中 Fe位電子波動和非一致進動自旋波與電子間的相互作用是導致Ce-YIG與Yb-YIG鐵氧體中出現(xiàn)室溫下共振型微波磁介電效應的主要因素。另一方面我們深入研究了鐵磁共振現(xiàn)象與微波磁介電效應間的能量交換過程，總結了十二面體位上不同摻雜離子對釔鐵石榴石鐵氧體中共振型微波磁介電效應的具體影響規(guī)律。
　　綜上所