Феррит висмута
| Феррит висмута | |
|---|---|
| Общие | |
| Систематическое наименование |
Феррит висмута |
| Хим. формула | BiFeO3 |
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |
Феррит висмута (BiFeO3, также известен как BFO в научной литературе) — это неорганическое соединение со структурой перовскита и один из перспективных мультиферроиков[1]. При комнатной температуре BiFeO3 принадлежит пространственной группе R3c[2]. Он синтезируется в объёмной или тонкопленочной форме, каждая из которых имеет антиферромагнитную (упорядочение G-типа) температуру точки Нееля и сегнетоэлектрическую[что?] температуру точки Кюри[3]. Сегнетоэлектрическая поляризация достигает значений 90-95 мкКл/см2 и происходит вдоль псевдокубического направления[3].
Способы получения[править | править код]
Феррит висмута в природе не встречается. Синтезируется разными методами:
Классический способ[править | править код]
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[править | править код]
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[править | править код]
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[править | править код]
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[править | править код]
Будучи мультиферроиком при комнатной температуре и благодаря фотоэлектрическим свойствам, феррит висмута имеет несколько применений в области магнетизма, спинтроники и фотоэлектричества.
 | Этот раздел должен быть полностью переписан. |
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[источник не указан 2258 дней].
Примечания[править | править код]
- ↑ Wang, J.; Neaton, B.; Zheng, H.; Nagarajan, V.; Ogale, S. B.; Liu, B.; Viehland, D.; Vaithyanathan, V.; Schlom, D. G.; Waghmare, U. V.; Spaldin, N. A.; Rabe, K. M.; Wuttig, M.; Ramesh, R. Epitaxial BiFeO3 Multiferroic Thin Film Heterostructures (англ.) // Science : journal. — 2003. — 14 March (vol. 299, no. 5613). — P. 1719—1722. — doi:10.1126/science.1080615. — . — PMID 12637741.
- ↑ Catalan, Gustau; Scott, James F. Physics and Applications of Bismuth Ferrite (англ.) // Advanced Materials[англ.] : journal. — 2009. — 26 June (vol. 21, no. 24). — P. 2463—2485. — doi:10.1002/adma.200802849. Архивировано 3 января 2011 года.
- ↑ 1 2 Kiselev, S. V.; Ozerov, R. P.; Zhdanov, G. S. Detection of magnetic order in ferroelectric BiFeO3 by neutron diffraction (англ.) // Soviet Physics - Doklady : journal. — 1963. — February (vol. 7, no. 8). — P. 742—744. — .