[发明专利]一种钴铁掺杂的软铋矿型磁光晶体及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种软铋矿型磁光晶体及其制备方法与应用，该磁光晶体的化学通式为Bi_26‑x‑yCo_xFe_yO₄₀（x=0‑3.5，y=0‑3.5，1<x+y≤7），属立方晶系，I23空间群，可采用水热法进行制备，工艺简单。该晶体材料具有较高的热稳定性和较强的磁性，并具有强磁光效应，有望在磁光学领域获得应用。

技术领域

本发明属于磁光材料技术领域，具体涉及一种钴铁掺杂的软铋矿型磁光晶体及其制备方法与应用。

背景技术

软铋矿材料具有非中心对称的立方晶体结构，空间群为I23。软铋矿材料不仅具有压电效应、电光效应和高光折变灵敏度，同时还具有光电导、声光、磁光、旋光等。如Bi₁₂SiO₂₀ (BSO)、Bi₁₂TiO₂₀ (BTO)和Bi₁₂GeO₂₀ (BGO)单晶表现出很高的光敏感性，还具有较快的响应速度、较低的超声波传递速度、显著的压电效应等，因此被广泛地应用到谐振器、表面波放大器以及相位空间光调制器的全息记录与再现。但是对于软铋矿的研究主要集中在声光、旋光、电光等方面性质，在磁光性能方面的研究还是很少。

在结构上，软铋矿材料的理想结构表达式为Bi₁₂MO₂₀(M=Al、Zn、Fe、Mn、Ge、Ti、Si等)。在理想的软铋矿结构中，Bi³⁺占据24f格位，与周围的氧原子组成扭曲的金字塔结构。M离子占据2a格位，与周围四个氧原子形成[MO₄]的四面体结构。当M为Fe离子时，2a格位上会有一半的M离子位置被Bi³⁺占据。2a格位中存在部分Bi³⁺会挤占Fe³⁺的位置，导致化合物的磁性减弱。如Chen等人用水热法合成的Bi₂₅FeO₄₀晶体磁性很弱，几乎为零（Chen Y., Wu Q.,Zhao J., Selective synthesis on structures and morphologies of Bi_xFe_yO_z,nanomaterials with disparate magnetism through time control. Journal ofAlloys and Compounds, 2009(487):599-604.）。要想获得较好的磁光晶体，首先要提高样品的磁性。钴离子本身具有磁性，而且其离子尺寸与Fe³⁺相差不大。因此，通过在Bi₂₅FeO₄₀晶体中掺入Co³⁺，可替代2a格位中的Bi³⁺，甚至取代24f格位中的Bi³⁺，以提高晶体的磁性和磁光特性。