Abstract Calcium (Ca) added bismuth iron oxide (Bi1-xCaxFeO3) nanoparticles are synthesized using sol-gel method and studied under as-synthesized conditions. Calcium (Ca) concentration (x) is varied as 0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 and 0.5. XRD results verify the formation of phase pure BiFeO3 at dopant concentration x = 0.0–0.3. Raman analysis and EDX spectrum also confirm the formation and incorporation of Ca in the lattice. At x = 0.4 and 0.5 peaks corresponding to calcium oxide are observed. With addition of Ca ions in the lattice, strain is induced, resulting in reduced symmetry and increased inhomogeneity in the crystal structure. XPS analysis indicates small number of Fe2+ cations whereas no change in oxygen stoichiometry is observed. Size distribution and surface morphology of nanoparticles is observed using SEM and TEM images. Ca added bismuth iron oxide nanoparticles demonstrate ferromagnetic behavior where saturation magnetization increases from 9.202 emu/g to 21.097 emu/g as x increases from 0.0 to 0.3. This increase in saturation magnetization is accompanied by reduced magnetocrystalline anisotropy. High temperature magnetization curves indicate increase in magnetic ordering temperature from 643.7 K to 697 K. Field-cooled and zero field-cooled curves exhibit magnetic ordering with blocking temperature of ∼89 K under applied field of 500 Oe. P-E loops show high saturation polarization of 3.58 × 10−4 μC/cm2 for Ca concentration of x = 0.3. It is important to mention here that nanoparticles are synthesized without the use of any post thermal treatment.

中文翻译：

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合成后的 Ca 掺杂氧化铁铋纳米陶瓷中增强的结构和磁性排序

摘要 采用溶胶-凝胶法合成了添加钙 (Ca) 的氧化铋 (Bi1-xCaxFeO3) 纳米粒子，并在合成条件下进行了研究。钙 (Ca) 浓度 (x) 在 0.0、0.1、0.2、0.3、0.4 和 0.5 之间变化。XRD 结果验证了在掺杂浓度 x = 0.0-0.3 下形成纯相的 BiFeO3。拉曼分析和 EDX 光谱也证实了 Ca 在晶格中的形成和结合。在 x = 0.4 和 0.5 处观察到对应于氧化钙的峰。通过在晶格中添加 Ca 离子，会产生应变，导致晶体结构的对称性降低和不均匀性增加。XPS 分析表明存在少量 Fe2+ 阳离子，而未观察到氧化学计量的变化。使用 SEM 和 TEM 图像观察纳米颗粒的尺寸分布和表面形态。添加 Ca 的铋氧化铁纳米颗粒表现出铁磁行为，其中随着 x 从 0.0 增加到 0.3，饱和磁化强度从 9.202 emu/g 增加到 21.097 emu/g。饱和磁化强度的增加伴随着磁晶各向异性的降低。高温磁化曲线表明磁有序温度从 643.7 K 增加到 697 K。场冷却和零场冷却曲线在 500 Oe 的外加场下表现出具有约 89 K 阻塞温度的磁有序。对于 x = 0.3 的 Ca 浓度，PE 环显示 3.58 × 10−4 μC/cm2 的高饱和极化。重要的是在这里提到纳米粒子是在不使用任何后热处理的情况下合成的。随着 x 从 0.0 增加到 0.3，202 emu/g 到 21.097 emu/g。饱和磁化强度的增加伴随着磁晶各向异性的降低。高温磁化曲线表明磁有序温度从 643.7 K 增加到 697 K。场冷却和零场冷却曲线在 500 Oe 的外加场下表现出具有约 89 K 阻塞温度的磁有序。对于 x = 0.3 的 Ca 浓度，PE 环显示 3.58 × 10−4 μC/cm2 的高饱和极化。重要的是在这里提到纳米粒子是在不使用任何后热处理的情况下合成的。随着 x 从 0.0 增加到 0.3，202 emu/g 到 21.097 emu/g。饱和磁化强度的增加伴随着磁晶各向异性的降低。高温磁化曲线表明磁有序温度从 643.7 K 增加到 697 K。场冷却和零场冷却曲线在 500 Oe 的外加场下表现出具有约 89 K 阻塞温度的磁有序。对于 x = 0.3 的 Ca 浓度，PE 环显示 3.58 × 10−4 μC/cm2 的高饱和极化。重要的是在这里提到纳米粒子是在不使用任何后热处理的情况下合成的。7 K 到 697 K。场冷曲线和零场冷曲线在 500 Oe 的外加场下表现出磁性有序，阻塞温度约为 89 K。对于 x = 0.3 的 Ca 浓度，PE 环显示 3.58 × 10−4 μC/cm2 的高饱和极化。重要的是在这里提到纳米粒子是在不使用任何后热处理的情况下合成的。7 K 到 697 K。场冷曲线和零场冷曲线在 500 Oe 的外加场下表现出磁性有序，阻塞温度约为 89 K。对于 x = 0.3 的 Ca 浓度，PE 环显示 3.58 × 10−4 μC/cm2 的高饱和极化。重要的是在这里提到纳米粒子是在不使用任何后热处理的情况下合成的。