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Effect of Bi/Fe Ratio on the Structural and Magnetic Properties of BiFeO3 Thin Films by Sol-Gel

機譯：Bi / Fe比對溶膠-凝膠法制備BiFeO 3 薄膜的結構和磁性的影響

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Bismuth iron oxide (BiFeO3) ) is amongst the class of multiferroic materials that has attracted world’s attraction because of its high antiferromagnetic Neel temperature and high ferroelectric Curie temperature of 643 and 1103 K, respectively. However, synthesis of phase pure BiFeO3 is extremely difficult due to the volatile nature of Bi2O3 that results in formation of bismuth deficient and/or rich phases. Most of the previous research is based on obtaining pure BiFeO3 phase with variation in annealing/calcination temperature in the range 400 °C–700 °C. However, very little consideration is given to change Bi/Fe ratio during synthesis. Here, we report preparation of phase pure BiFeO3 thin films using cost effective sol-gel and spin coating method. Bismuth nitrate and iron nitrate are used as precursors whereas ethylene glycol is used as solvent. Molar ratio of Bi/Fe is varied as 0.9, 0.95, 1.0, 1.05, 1.1, and 1.20. Films are annealed at 300 °C for 60 mins in the presence of vacuum under 500 Oe applied magnetic field. X-ray diffraction results indicate formation of phase pure BiFeO3 thin films for Bi/Fe ratio of 1.0–1.1. However, both high (1.2) and low (0.9–0.95) Bi/Fe molar ratios result in the appearance of impurity phases. In addition, bismuth iron oxide shows ferromagnetic behavior as opposed to the antiferromagnetic nature of bulk BiFeO3. Strong ferromagnetic behavior, for Bi/Fe ratios of 1.0 and 1.05, can be explained on the basis of suppression of helical spin structure as the crystallite size reduces to (sim 30) nm, which is well below the cycloidal spin arrangement of BiFeO3 (62 nm).
機譯：鉍鐵氧化物（BiFeO 3 ））由于其高反鐵磁Neel溫度和高鐵電居里溫度分別為643和1103 K而備受世界矚目。但是，由于Bi 2 O 3 的揮發性，導致鉍缺乏和鉍的形成，因此純相BiFeO 3 的合成非常困難。 /或豐富階段。以前的大多數研究都是基于獲得純的BiFeO 3 相，其退火/煅燒溫度在400°C–700°C范圍內變化。但是，在合成過程中很少考慮改變Bi / Fe比。在這里，我們報道了使用具有成本效益的溶膠凝膠法和旋涂法制備相純BiFeO 3 薄膜。硝酸鉍和硝酸鐵用作前體，而乙二醇用作溶劑。 Bi / Fe的摩爾比為0.9、0.95、1.0、1.05、1.1和1.20。在真空存在下，在500 Oe施加的磁場下，將膜在300°C下退火60分鐘。 X射線衍射結果表明，Bi / Fe比為1.0-1.1時，形成了相純BiFeO 3 薄膜。但是，高（1.2）和低（0.9-0.95）的Bi / Fe摩爾比都會導致出現雜質相。此外，氧化鉍鉍具有鐵磁行為，與塊狀BiFeO 3 的反鐵磁性質相反。當Bi / Fe比為1.0和1.05時，由于微晶尺寸減小為 （sim 30），因此可以在抑制螺旋自旋結構的基礎上解釋強鐵磁行為） nm，它遠低于BiFeO 3 的擺線自旋排列（62 nm）。

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