| bizmut-ferrit | |
|---|---|
| Tábornok | |
| Szisztematikus név |
bizmut-ferrit |
| Chem. képlet | BiFeO 3 |
| Az adatok standard körülményeken (25 °C, 100 kPa) alapulnak, hacsak nincs másképp jelezve. | |
A bizmut-ferrit ( BiFeO 3 , más néven BFO a tudományos irodalomban) perovszkit szerkezetű szervetlen vegyület, és az egyik ígéretes multiferroikus vegyület [1] . Szobahőmérsékleten a BiFeO 3 az R3c tércsoportba tartozik [2] . Ömlesztett vagy vékony film formában szintetizálják, amelyek mindegyike rendelkezik antiferromágneses (G-típusú sorrendű) Neel-pont hőmérséklettel és ferroelektromossal.[ mi? ] Curie-pont hőmérséklet [3] . A ferroelektromos polarizáció eléri a 90-95 μC/cm 2 értéket, és pszeudocubikus irányban megy végbe [3] .
A bizmut-ferrit a természetben nem található. Különféle módszerekkel szintetizálva:
A klasszikus szintézismódszerben a bizmut-oxidot (Bi 2 O 3 ) és a vas-oxidot (Fe 2 O 3 ) 1:1 arányban keverik össze mozsárban vagy golyósmalomban, majd magas hőmérsékleten égetik. A bizmut illékonysága és a Bi 25 FeO 39 (sillenit) és Bi 2 Fe 4 O 9 (mullit) fázisok relatív stabilitása csökkenti a tisztaságot és sérti a sztöchiometriát[ mi? ] a beérkezett anyagok közül. A pörkölést általában 800-880 °C-on, maximum 5-60 perces expozícióval, majd gyors lehűtéssel végezzük. A Bi 2 O 3 feleslege lehetővé teszi a bizmut illékonyságának kompenzálását és a Bi 2 Fe 4 O 9 képződésének megakadályozását .
A bizmut-ferrit inkongruensen olvad , de bizmut-oxidban gazdag olvadékból (például Bi 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Bi 2 O 3 4:1:1 arányú keverékéből kb. 750-800 °C-on) termeszthető. ). Az egykristályok kiváló minőségét aktívan használták a bizmut-ferrit tulajdonságainak tanulmányozására.
A tiszta BiFeO 3 fázis előállításához szol-gél alapú kémiai szintézisutakat használnak.[ mi? ] technológia, módosított Pechini-módszer és hidrotermikus szintézis. A kémiai módszerek előnye a kiindulási keverékek (prekurzorok) homogenitása és a sokkal alacsonyabb hőmérséklet miatti csökkent bizmutveszteség. A szol-gél technológiában az amorf masszát 300-600°C-on kalcinálják, hogy eltávolítsák a szerves maradványokat és elősegítsék a BiFeO 3 perovszkit fázis kristályosodását . Hátránya, hogy a kapott port magas hőmérsékleten szinterezni kell ahhoz, hogy sűrű polikristályt kapjunk.
Az impulzusos lézeres leválasztás ( PLD ) egy nagyon elterjedt módja az epitaxiális BiFeO 3 filmek előállításának, és gyakran használnak SrRuO3 elektródákkal ellátott SrTiO3 szubsztrátokat. A porlasztás, a fém-szerves gőzfázisú leválasztás (MOCVD), az atomi réteges leválasztás (ALD) és a kémiai oldatos leválasztás szintén módszerei epitaxiális vékony bizmut-ferrit filmek előállítására. A mágneses és elektromos tulajdonságok mellett a bizmut-ferrit fotoelektromos tulajdonságokkal is rendelkezik, amelyet fotovoltaikus ferroelektromos hatásnak (FPV) neveznek.
Szobahőmérsékleten multiferroikus lévén és fotoelektromos tulajdonságainak köszönhetően a bizmut-ferrit számos felhasználási területtel rendelkezik a mágnesesség, a spintronika és a fotoelektromosság területén.
Az FPV effektussal egy ferroelektromos anyagban megvilágítás közben fotoáram jön létre, melynek iránya ennek az anyagnak a ferroelektromos polarizációjától függ. Így az FPV-effektus ígéretes potenciállal rendelkezik a hagyományos fotovoltaikus eszközök alternatívájaként. De a fő akadály az, hogy a ferroelektromos anyagok, mint például a LiNbO3, nagyon kevés fényáramot generálnak nagy sávszélességük és alacsony vezetőképességük miatt. Ebben az irányban a bizmut-ferrit nagy potenciált mutatott, mivel ebben az anyagban nagy fényáram figyelhető meg megvilágítás mellett. A legtöbb bizmut-ferritet fotovoltaikus anyagként használó papír vékonyfilmes formájáról számol be, de néhány jelentésben a kutatók kétrétegű szerkezetet hoztak létre más anyagokkal, például polimerekkel, grafénnel és más félvezetőkkel. A jelentésben egy tűs heterojunkció jött létre bizmut-ferrit nanorészecskékkel és két oxid alapú hordozóval. Az ilyen erőfeszítések ellenére a bizmut-ferritből nyert energiaátalakítási hatékonyság még mindig nagyon alacsony. .