Effect of Mn and Ba Codoping on a Magnetic Spin Cycloid of Multiferroic Bismuth Ferrite Nanoparticles

铋铁氧体 多铁性 磁化 凝聚态物理 材料科学 旋转倾斜 铁电性 掺杂剂 反铁磁性 剩磁 磁性纳米粒子 纳米颗粒 兴奋剂 纳米技术 磁场 物理 电介质 光电子学 量子力学
作者
Astita Dubey,Marianela Escobar Castillo,Joachim Landers,Soma Salamon,Heiko Wende,Ulrich Hagemann,Pascale Gemeiner,Brahim Dkhil,Vladimir V. Shvartsman,Doru C. Lupascu
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:124 (40): 22266-22277 被引量:28
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.0c05778
摘要

Bismuth ferrite (BFO) is the drosophila of research in multiferroic materials due to its simultaneous magnetic and electric ordering at room temperature. The unfortunate detail is its antiferromagnetic ordering, which practically cancels magnetization and magnetoelectric coupling of the crystals. To induce finite coupling, dopants have been introduced with a certain success so far. Nanoparticles (NPs) can additionally constrain the formation of the magnetic cycloid in BFO due to size confinement. Doping nanoparticles can thus potentially provide a sizeable magnetization of BFO, making applications in computer memories and hyperthermia cancer treatment feasible. We show that the codoping of BFO NPs by Ba and Mn balances the electrochemical equilibrium, reduces the particle size, and shifts the magnetic phase transition to lower temperatures. The ferroelectric properties are retained and the remanent magnetization is increased by 1 order of magnitude: Bi0.95Ba0.05Fe0.95Mn0.05O3 possesses a remanent magnetization of 0.277 Am2/kg. Our Mössbauer studies reveal that two effects drive this increase: partial destruction of the spin cycloid due to Mn and increased spin canting due to Ba doping inducing local stress fields. This dopant combination and particular concentration improve the effective magnetization value exceptionally well.

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