Synthesis and Multiferroic Properties of High-Purity CoFe2O4-BiFeO3 Nanocomposites

Abstract

CoFe2O4-BiFeO3 (CFO-BFO) nanocomposites of three different molar ratios (CFO:BFO = 2:2, 1.5:2, and 1:2) were synthesized by a combination hydrothermal/citric acid sol-gel method. This methodology allowed us to synthesize high-purity crystalline nanocomposites at a lower calcination temperature of 450oC. Transmission electron microscopy (TEM) images revealed that the CFO and BFO nanocrystals are inter-embedded in each other. Room-temperature magnetic characterizations showed that the sintered sample of the 2:2 ratio had a high magnetization value of 40.5 emu/g at 20 kOe. The magnetization and coercivity values indicated that the presence of dipolar interaction between CFO and BFO. The electric-polarization change (ΔP) was estimated to be ~295 μC/m2 at a magnetic-field strength of ~30 kOe at room temperature, although the polarization-electric field (P-E) loop measurements indicated that all of the samples manifested leaky behavior. The results presented herein offer a means of reliable magnetic-field control of electric polarization in high-purity multiferroic CFO-BFO nanocomposites.

서로 다른 세 가지의 몰 비율 (CFO:BFO = 2:2, 1.5:2, and 1:2)로 이루 어진 CoFe2O4-BiFeO3 (CFO-BFO) 나노복합소재를 열수/시트르산 솔 -젤이 복합된 방법을 이용하여 합성했습니다. 이 방법론으로 고순도의 결정질 나노복합소재를 450℃ 의 낮은 하소 온도에서 합성했습니다. 투 과전자현미경(TEM) 이미지를 통해 CFO와 BFO 나노결정들은 서로 섞 여있다는 것을 알 수 있었습니다. 2:2의 비율로 소결된 샘플의 자기적 특성은 상온에서 자기장이 20 kOe로 가해질 때 40.7 emu/g의 높은 자 화값을 나타냈습니다. 자화값과 보자력값은 CFO와 BFO의 스핀이 교 환 상호작용하고 있다는 것을 나타냈습니다. 분극-전기장(P-E) 루프 측정결과는 모든 샘플에서 전류가 누설되는 거동을 보임에도 불구하고, 상온에서 자기장이 ~30 kOe로 가해질 때 전기 분극 변화량 (ΔP) 은 ~295 μC/m2 로 예상되었습니다. 제시된 이 결과들은 고순도의 다강체 CFO-BFO 나노복합소재의 전기적 분극을 자기장으로 조절할 수 있는 신뢰할만한 방법을 보여줬습니다.