16.09.2022

Феррит висмута


Феррит висмута (BiFeO3, также известен как BFO в научной литературе) — это неорганическое соединение со структурой перовскита и один из перспективных мультиферроиков. При комнатной температуре BiFeO3 принадлежит пространственной группе R3c. Он синтезируется в объёмной или тонкопленочной форме, каждая из которых имеет антиферромагнитную (упорядочение G-типа) температуру точки Нееля и сегнетоэлектрическую[что?] температуру точки Кюри. Сегнетоэлектрическая поляризация достигает значений 90-95 мкКл/см2 и происходит вдоль псевдокубического направления.

Способы получения

Феррит висмута в природе не встречается. Синтезируется разными методами:

Классический способ

При классическом способе синтеза оксид висмута (Bi2O3) и оксид железа (Fe2O3) в соотношении 1:1 смешиваются в ступке или шаровой мельнице и затем обжигаются при высокой температуре. Летучесть висмута и относительная стабильность фаз Bi25FeO39 (силленит) и Bi2Fe4O9 (муллит) снижают чистоту и нарушают стехиометрию[что?] получаемых материалов. Обжиг обычно проводят при температурах 800—880 °C с выдержкой при максимальной температуре 5-60 минут с последующим быстрым охлаждением. Избыток Bi2O3 позволяет компенсировать летучесть висмута и предотвратить образование Bi2Fe4O9.

Рост одиночного кристалла

Феррит висмута плавится инконгруэнтно, но он может быть выращен из расплава, богатого оксидом висмута (например, смесь 4:1:1 Bi2O3, Fe2O3, Bi2O3 при приблизительно 750—800 °C). Высокое качество одиночных кристаллов активно использовалось для изучения свойств феррита висмута.

Химические способы

Для получения чистой фазы BiFeO3 используются пути химического синтеза на основе золь-гель[что?] технологии, модифицированный метод Печини и гидротермальный синтез. Преимуществом химических способов является гомогенность исходных смесей (прекурсоров) и уменьшенная потеря висмута из-за гораздо более низких температур. В золь-гель технологии аморфную массу прокаливают при 300—600 °C для удаления органических остатков и для содействия кристаллизации фазы перовскита BiFeO3. Недостатком является то, что полученный порошок должен спекаться при высокой температуре, чтобы получить плотный поликристалл.

Тонкие плёнки

Импульсное лазерное осаждение (PLD) является очень распространённым путём для получения эпитаксиальных плёнок BiFeO3, и обычно используются подложки SrTiO3 с электродами SrRuO3. Напыление, осаждение металлорганических соединений из газовой фазы (MOCVD), атомно-слоевое осаждение (ALD) и химическое осаждение растворов также являются методами получения эпитаксиальных тонких плёнок феррита висмута. Помимо магнитных и электрических свойств феррит висмута также обладает фотоэлектрическими свойствами, который известен как фотовольтаический сегнетоэлектрический эффект (FPV).

Применение

Будучи мультиферроиком при комнатной температуре и благодаря фотоэлектрическим свойствам, феррит висмута имеет несколько применений в области магнетизма, спинтроники и фотоэлектричества.

При эффекте FPV в сегнетоэлектрическом материале при освещении создаётся фототок, направление которого зависит от сегнетоэлектрической поляризации этого материала. Таким образом, эффект FPV имеет многообещающий потенциал в качестве альтернативы обычным фотогальваническим устройствам. Но основным препятствием является то, что в сегнетоэлектрических материалах, таких как LiNbO3, возникает очень небольшой фототок, что обусловлено его большой шириной запрещённой зоны и низкой проводимостью. В этом направлении феррит висмута показал большой потенциал, поскольку в этом материале при освещении наблюдается большой фототок. В большинстве работ, в которых используют феррит висмута в качестве фотовольтаического материала, сообщают про его тонкопленочную форму, но в нескольких докладах исследователи сформировали двухслойную структуру с другими материалами, такими как полимеры, графен и другие полупроводники. В докладе p-i-n гетеропереход был сформирован с наночастицами феррита висмута вместе с двумя несущими носителями на основе оксидов. Несмотря на такие усилия, эффективность преобразования энергии, полученная из феррита висмута, все ещё очень низкая.






Яндекс.Метрика