Abstract We report the dependence of magnetic and electric properties with the substitution of Bi3+ by Ca2+ into the crystal structure of multiferroic calcium doped BiFeO3 for obtaining Bi1-xCaxFeO3, 0 ≤ x ≤ 0.10 Stoichiometric mixtures of Bi2O3, Fe2O3 and CaO were mixed and milled for 5 h using a ball to powder weight ratio of 10:1 by high-energy ball milling. The obtained powder was pressed at 900 MPa to obtain cylindrical pellets and sintered at 800 °C for 2 h. X-ray diffraction and Rietveld refinement were used to evaluate the effect of Ca2+ on the crystal structure and to determinate the phase transition from rhombohedral α-BiFeO3 (R3c) to orthorhombic β-BiFeO3 (Pbnm). In addition, vibrating sample magnetometry (VSM) was used to have knowledge of magnetic order: antiferromagnetism and ferromagnetism were identified for α-BiFeO3 and β-BiFeO3, respectively. Dielectric tests determinate Debye-type relaxation for samples with the rhombohedral crystal structure and no Debye type relaxations for orthorhombic samples. Differences in AC conductivity of rhombohedral samples show different mechanism compared with the conductivity of orthorhombic samples. Ferromagnetic and electrical properties of synthesized materials show a strong correlation with the lattice distortions induced by the ionic ratio between Ca2+ and Bi3+. The effect of Ca2+ over leakage current has an interesting response, an increase of Ca2+ reduce one magnitude order the leakage current for α-BiFeO3 samples; though for β-BiFeO3 samples increase of Ca2+ raise the leakage current in one magnitude order.

中文翻译：

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通过掺杂 Ca 增强多铁性 BiFeO3 的铁磁和电性能

摘要 我们报告了用 Ca2+ 取代 Bi3+ 到多铁性钙掺杂 BiFeO3 的晶体结构中以获得 Bi1-xCaxFeO3 的磁和电性能的依赖性，0 ≤ x ≤ 0.10 Bi2O3、Fe2O3 和 CaO 的化学计量混合物混合并研磨以获得5 小时使用球粉重量比为 10:1 的高能球磨。将所得粉末在 900 MPa 下压制以获得圆柱形颗粒，并在 800 °C 下烧结 2 h。X 射线衍射和 Rietveld 精修用于评估 Ca2+ 对晶体结构的影响，并确定从菱面体 α-BiFeO3 (R3c) 到正交 β-BiFeO3 (Pbnm) 的相变。此外，振动样品磁力计 (VSM) 用于了解磁序：α-BiFeO3 和 β-BiFeO3 具有反铁磁性和铁磁性，分别。介电测试确定具有菱面体晶体结构的样品的德拜型弛豫，而正交晶系样品没有德拜型弛豫。与正交样品的电导率相比，菱面体样品的交流电导率的差异显示出不同的机制。合成材料的铁磁和电性能与由 Ca2+ 和 Bi3+ 之间的离子比引起的晶格畸变有很强的相关性。Ca2+ 对漏电流的影响有一个有趣的响应，Ca2+ 的增加使 α-BiFeO3 样品的漏电流降低一个数量级；尽管对于 β-BiFeO3 样品，Ca2+ 的增加会使漏电流增加一个数量级。介电测试确定具有菱面体晶体结构的样品的德拜型弛豫，而正交晶系样品没有德拜型弛豫。与正交样品的电导率相比，菱面体样品的交流电导率的差异显示出不同的机制。合成材料的铁磁和电性能与由 Ca2+ 和 Bi3+ 之间的离子比引起的晶格畸变有很强的相关性。Ca2+ 对漏电流的影响有一个有趣的响应，Ca2+ 的增加使 α-BiFeO3 样品的漏电流降低一个数量级；尽管对于 β-BiFeO3 样品，Ca2+ 的增加会使漏电流增加一个数量级。介电测试确定具有菱面体晶体结构的样品的德拜型弛豫，而正交晶系样品没有德拜型弛豫。与正交样品的电导率相比，菱面体样品的交流电导率的差异显示出不同的机制。合成材料的铁磁和电性能与由 Ca2+ 和 Bi3+ 之间的离子比引起的晶格畸变有很强的相关性。Ca2+ 对漏电流的影响有一个有趣的响应，Ca2+ 的增加使 α-BiFeO3 样品的漏电流降低一个数量级；尽管对于 β-BiFeO3 样品，Ca2+ 的增加会使漏电流增加一个数量级。与正交样品的电导率相比，菱面体样品的交流电导率的差异显示出不同的机制。合成材料的铁磁和电性能与由 Ca2+ 和 Bi3+ 之间的离子比引起的晶格畸变有很强的相关性。Ca2+ 对漏电流的影响有一个有趣的响应，Ca2+ 的增加使 α-BiFeO3 样品的漏电流降低一个数量级；尽管对于 β-BiFeO3 样品，Ca2+ 的增加会使漏电流增加一个数量级。与正交样品的电导率相比，菱面体样品的交流电导率的差异显示出不同的机制。合成材料的铁磁和电性能与由 Ca2+ 和 Bi3+ 之间的离子比引起的晶格畸变有很强的相关性。Ca2+ 对漏电流的影响有一个有趣的响应，Ca2+ 的增加使 α-BiFeO3 样品的漏电流降低一个数量级；尽管对于 β-BiFeO3 样品，Ca2+ 的增加会使漏电流增加一个数量级。Ca2+ 的增加使 α-BiFeO3 样品的漏电流降低一个数量级；尽管对于 β-BiFeO3 样品，Ca2+ 的增加会使漏电流增加一个数量级。Ca2+ 的增加使 α-BiFeO3 样品的漏电流降低一个数量级；尽管对于 β-BiFeO3 样品，Ca2+ 的增加会使漏电流增加一个数量级。