Soft chemical routes to novel magnetoelectric materials

新型磁电材料的软化学路线

基本信息

  • 批准号:
    2329318
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2019 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

More and more, we are seeing that combining useful and fascinating phenomena into a single, multifunctional material is driving the development of new advanced materials. Most interesting are properties that interact mutually to result in cooperative effects. Magnetoelectric multiferroic materials are simultaneously ferromagnetic (containing lined up magnetic dipoles of north and south poles) and ferroelectric (containing lined up electric dipoles made of positive and negative charges), meaning that they display a spontaneous magnetisation that can be reoriented by an applied magnetic field, and a spontaneous electric polarisation that can be reoriented by an applied electric field, within a single phase. Besides scientific interest in their fundamental physical properties, novel multiferroic materials not only offer all the potential applications of ferromagnetic and ferroelectric materials, but also open the door to a range of other multifunctional applications. The most exciting of these is the ability to control the magnetic properties of a phase with an electric field, making technology which relies of magnetism more energy efficient. However, these materials have proven to be extremely challenging to synthesise, since the presence of one constituent ferroic property often precludes the onset of the other. As such, research has focussed on developing new approaches that can be used to design these materials. The perovskite phase is an ideal system within which to study these properties, as the structure is flexible and can accommodate a range of elements. The cubic perovskite has the general formula ABX3, where the A-site ion occupies the corners of the lattice and the B-site ion occupies the centre of an octahedron, whilst six X-ions are positioned on the vertices. Recently, considerable effort has been made to exploit the cooperative rotations and tilts of the BX6 octahedra since they are ubiquitous in the perovskite structure and can be controlled through careful chemical substitution. Most importantly, the octahedral rotations couple strongly to the magnetic and electronic properties of the material. A novel mechanism, coined the 'trilinear coupling mechanism', which takes advantage of the rotation patterns of layered perovskites, has been investigated as a strategy to induce ferroelectricity in such materials. The overarching aim of this project is to synthesise novel magnetoelectric multiferroic perovskite materials, exploiting the trilinear coupling mechanism to induce ferroelectricity and soft synthetic routes to obtain phases that would not be accessible using traditional ceramic solid-state methods, such as extremely high temperatures. More specifically, a series of distorted layered fluoride-perovskite phases will be synthesised. Existing literature on layered fluoride phases is scarce, since their oxide analogues tend to be more stable and as such, easier to synthesise. Because of this, novel solution-based synthetic methods will be employed in combination with solid-state techniques to obtain new phases. These materials will be studied using very high intensity x-rays and neutrons, which are necessary as the octahedral rotations and tilts being studied are small compared to the rest of the material.This project falls within the EPSRC Physical sciences research area, and is co-supervised by Professor Stephen Blundell from the Department of Physics, Oxford University.
我们越来越多地看到,将有用且令人着迷的现象结合到单一的多功能材料中正在推动新的先进材料的发展。最有趣的是相互相互作用以产生协同效应的属性。磁电多铁性材料同时具有铁磁性(包含北极和南极排列的磁偶极子)和铁电性(包含由正电荷和负电荷组成的排列电偶极子),这意味着它们在单个材料内表现出可通过施加的磁场重新定向的自发磁化强度和可通过施加的电场重新定向的自发电极化。 阶段。除了对其基本物理性质的科学兴趣外,新型多铁材料不仅提供了铁磁和铁电材料的所有潜在应用,而且还为一系列其他多功能应用打开了大门。其中最令人兴奋的是能够通过电场控制相的磁性,从而使依赖磁性的技术更加节能。然而,事实证明,这些材料的合成极具挑战性,因为一种铁性成分的存在通常会阻碍另一种铁性的出现。因此,研究重点是开发可用于设计这些材料的新方法。钙钛矿相是研究这些特性的理想系统,因为其结构灵活并且可以容纳一系列元素。立方钙钛矿的通式为ABX3,其中A位离子占据晶格的角落,B位离子占据八面体的中心,而六个X离子位于顶点。最近,人们做出了相当大的努力来开发 BX6 八面体的协同旋转和倾斜,因为它们在钙钛矿结构中普遍存在,并且可以通过仔细的化学替代来控制。最重要的是,八面体旋转与材料的磁性和电子特性强烈耦合。人们已经研究了一种新的机制,即“三线性耦合机制”,它利用层状钙钛矿的旋转模式,作为在此类材料中诱导铁电性的策略。该项目的总体目标是合成新型磁电多铁性钙钛矿材料,利用三线性耦合机制诱导铁电性和软合成路线以获得使用传统陶瓷固态方法(例如极高温度)无法获得的相。更具体地说,将合成一系列扭曲的层状氟化物-钙钛矿相。关于层状氟化物相的现有文献很少,因为它们的氧化物类似物往往更稳定,因此更容易合成。因此,基于溶液的新型合成方法将与固态技术相结合以获得新相。这些材料将使用非常高强度的 X 射线和中子进行研究,这是必要的,因为所研究的八面体旋转和倾斜与其他材料相比很小。该项目属于 EPSRC 物理科学研究领域,由牛津大学物理系的 Stephen Blundell 教授共同监督。

项目成果

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