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掺铈与掺铬对于铁酸铋薄膜铁电性影响的研究
随着人们对新材料的研究不断深入，铁酸铋薄膜由于其独特的电学、磁学和压电性质受到广泛的关注。铁酸铋薄膜的铁电性质对其在信息存储、传输、传感和电子器件等领域的应用具有重要意义。在铁酸铋薄膜的制备过程中，掺杂少量其他原子可以对铁酸铋薄膜的电学性质产生不同程度的影响。本文将重点研究掺铈和掺铬对铁酸铋薄膜铁电性的影响。
一、铁酸铋薄膜的铁电性质
铁酸铋(BiFeO3)薄膜是铁电材料中一种重要的代表，它具有强烈的铁电性、压电性和磁电耦合效应。铁酸铋薄膜的铁电性质来源于其晶体结构中的偏置规则（Aurivillius结构）。在铁酸铋薄膜中，离子的偏移会产生电偶极矩，这种电荷分布的不对称性会在材料中产生极化。当铁酸铋薄膜的厚度减小到纳米级别时，产生的铁电性可能会更强。铁酸铋薄膜的铁电性质在信息存储器件、传感器、压电传感器、太阳能电池和微波器件等方面具有广泛的应用前景。
二、掺铈对铁酸铋薄膜的铁电性影响
铈是一种较为稀有的元素，它的掺杂成分是使铁酸铋薄膜具有更好的铁电性的重要措施之一。通过实验和理论模拟，掺铈可以明显地影响铁酸铋薄膜的电学性能。
实验结果表明，铈掺杂会改变铁酸铋薄膜的物理性质。铈原子的半径较大，其掺杂会导致铁酸铋薄膜中铁离子的晶格畸变。铁酸铋薄膜的单斜晶格结构易受掺杂影响，掺铈后会使晶格常数和晶格畸变增大，同时形成偏置电偶极矩。因此，铈掺杂对铁酸铋薄膜的极化、矫顽力和介电常数等铁电性能产生一定的影响。
另外，铈掺杂对铁酸铋薄膜中铁离子的氧偏压也会产生影响。实验发现，铈掺杂后，铁酸铋薄膜中铁离子的氧偏压增大。这可能是由于铈元素的掺杂使得铁酸铋薄膜中氧空位浓度增加，从而使氧偏压变大。
三、掺铬对铁酸铋薄膜的铁电性影响
铬是一种过渡金属，其掺杂铁酸铋薄膜也被广泛研究。实验结果表明，铬掺杂对铁酸铋薄膜的电学性能有着极大的影响。
一方面，铬掺杂可以改变铁酸铋薄膜的晶格结构。铬原子的半径与铁原子的半径相近，掺杂后会导致铁离子的氧八面体畸变。这种畸变会引起铁酸铋薄膜中的电场不均匀分布，从而使得铁酸铋薄膜的铁电性变化。理论计算结果表明，铬掺杂后可以增加铁酸铋薄膜的带隙、计算结构弛豫和形成偏置电偶极矩。
另一方面，铬掺杂还会影响铁酸铋薄膜的磁电耦合效应。由于铁酸铋薄膜具有磁电耦合效应，铬的掺杂会对磁电耦合效应产生较大的影响。磁电耦合效应是指材料在受到磁场激励时，电学性质也会随之发生变化。铬掺杂后，铁酸铋薄膜中的磁矩会变弱，从而使得磁电耦合效应减小。
四、结论
本文着重研究了掺铈和掺铬对铁酸铋薄膜铁电性的影响。实验和理论计算结果表明，掺铈和掺铬都可以改变铁酸铋薄膜的晶格结构和电学性质。掺铈使铁酸铋薄膜中形成偏置电偶极矩，增加铁酸铋薄膜的极化、矫顽力和介电常数等铁电性能；掺铬可以增加铁酸铋薄膜的带隙、计算结构弛豫和形成偏置电偶极矩；但同时铬的掺杂也会使得铁酸铋薄膜的磁矩变弱，从而减小磁电耦合效应。因此，在铁酸铋薄膜的制备过程中，控制掺杂量可以提高铁酸铋薄膜的电学性能和应用价值，为铁酸铋薄膜的应用提供了更广阔的前景。