Феррит висмута ( BiFeO ₃ , также известен как BFO в научной литературе) — это неорганическое соединение со структурой перовскита и один из перспективных мультиферроиков . При комнатной температуре BiFeO ₃ принадлежит пространственной группе . 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/см ² и происходит вдоль псевдокубического направления .

Способы получения

Феррит висмута в природе не встречается. Синтезируется разными методами:

Классический способ

При классическом способе синтеза оксид висмута (Bi ₂ O ₃ ) и оксид железа (Fe ₂ O ₃ ) в соотношении 1:1 смешиваются в ступке или шаровой мельнице и затем обжигаются при высокой температуре. Летучесть висмута и относительная стабильность фаз Bi ₂₅ FeO ₃₉ (силленит) и Bi ₂ Fe ₄ O ₉ (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 Bi ₂ O ₃ позволяет компенсировать летучесть висмута и предотвратить образование Bi ₂ Fe ₄ O ₉ .

Рост одиночного кристалла

Феррит висмута плавится инконгруэнтно , но он может быть выращен из расплава, богатого оксидом висмута (например, смесь 4:1:1 Bi ₂ O ₃ , Fe ₂ O ₃ , Bi ₂ O ₃ при приблизительно 750—800 °C). Высокое качество одиночных кристаллов активно использовалось для изучения свойств феррита висмута.

Химические способы

Для получения чистой фазы BiFeO ₃ 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 BiFeO ₃ . 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 BiFeO ₃ , 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 ^{[ источник не указан 2140 дней ]} .

Примечания