Кристаллическая структура и магнитные свойства твердых растворов Bi_0,88 Sm_0,12Fe_1–xTi_xO₃

Твердые растворы феррита висмута, в которых ионы Bi и Fe замещены ионами Sm и Ti, с общей химической формулой Bi_0,88^Sm_0,12^Fe_1–x^Ti_x^O₃ получены методом твердофазных реакций. Анализ кристаллической структуры, проведенный на основании рентгеноструктурных данных, а также результатов спектроскопии комбинационного рассеяния, свидетельствует о сосуществовании ромбоэдрической и орторомбической фаз в исследуемых составах в концентрационной области 0 ≤ x ≤ 0,1. Показано, что при комнатной температуре остаточная намагниченность составов увеличивается с увеличением концентрации ионов Ti, достигая максимального значения при x = 0,08. При дальнейшем увеличении концентрации ионов титана наблюдается незначительное уменьшение остаточной намагниченности. Установлено, что понижение температуры приводит к уменьшению величины намагниченности, обусловленной взаимодействием Дзялошинского–Мории, что сопровождается изменением длин и углов связей Fe–O–Fe и искажениями октаэдров FeO₆.

1. Structure and piezoelectric properties of Sm-doped BiFeO3 ceramics near the morphotropic phase boundary / D. V. Karpinsky, I. O. Troyanchuk, A. V. Trukhanov [et al.] // Materials Research Bulletin. – 2019. – Vol. 112. – P. 420–425. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2018.08.002

2. Structural transformation and multiferroic properties of Sm and Ti co-doped BiFeO3 ceramics with Fe vacancies / G. Yanhong, Z. Jianguo, Z. Weiying [et al.] // Ceramics International. – 2017. – Vol. 43, N 17. – P. 14666–14671. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.07.187

3. Microscopic origin of the high piezoelectric response of Sm-doped BiFeO3 near the morphotropic phase boundary / Z. Liao, W. Sun, Q. Zhang [et al.]//Journal of Applied Physics. – 2019. – Vol. 125. – Art. 175113. https://doi.org/10.1063/1.5091509

4. Phase structure and electrical properties of BiFeO3–BaTiO3 ceramics near the morphotropic phase boundary / L. Tang, X. Zhou, M. Habib [et al.] // Ceramics International. – 2023. – Vol. 49, N 19. – P. 31965–31974. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.07.160

5. Electric/magnetic behaviors of Nd/Ti co-doped BiFeO3 ceramics with morphotropic phase boundary / H. Ke, L. Zhang, H. Zhang [et al.] // Scripta Materialia. – 2019. – Vol. 164. – P. 6–11. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2019.01.025

6. Role of reversible phase transformation for strong piezoelectric performance at the morphotropic phase boundary / H. Liu, J. Chen, H. Huang [et al.] // Physical Review Letters. – 2018. – Vol. 120, N 5. – Art. 055501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.055501

7. Arnold, D. C. Composition-driven structural phase transitions in rare-earth-doped BiFeO3 ceramics: a review / D. C. Arnold // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. – 2015. – Vol. 62, N 1. – P. 62–82. https://doi.org/10.1109/tuffc.2014.006668

8. Crystal structure and concentration-driven phase transitions in Lu(1−x)ScxFeO3 (0 ≤ x ≤ 1) prepared by the sol-gel method / A. Pakalniškis, D. O. Alikin, A. P. Turygin [et al.] // Materials. – 2022. – Vol. 15, N 3. – Art. 1048. https://doi.org/10.3390/ma15031048

9. Evolution of the crystal structure and magnetic properties of Sm-doped BiFeO3 ceramics across the phase boundary region / D. V. Karpinsky, A. Pakalniškis, G. Niaura [et al.] // Ceramics International. – 2021. – Vol. 47, N 4. – P. 5399–5406. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.10.120

10. Reversible phase transition induced large piezoelectric response in Sm-doped BiFeO3 with a composition near the morphotropic phase boundary / Z. Liao, F. Xue, W. Sun [et al.] // Physical Review B. – 2017. – Vol. 95, N 21. – Art. 214101. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.95.214101

11. A correlation between crystal structure and magnetic properties in co-doped BiFeO3 ceramics / D. V. Karpinsky, M. V. Silibin, A. V. Trukhanov [et al.] // Journal of Physics and Chemistry of Solids. – 2019. – Vol. 126. – P. 164–169. https:// doi.org/10.1016/j.jpcs.2018.11.006

12. Evolution of magnetization of Bi1–ySmyFe1–xTixO3 ceramics at the morphotropic phase boundary attested by multistep magnetization measurements, time aging and electric field / D. V. Karpinsky, D. V. Zhaludkevich, S. I. Latushka [et al.] // Ceramics International. – 2024. – Vol. 50, N 22. – P. 44806–44813. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.08.237