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BiFeO3的A位掺杂
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研究发现，在BiFeO3中，随着某些A位掺杂离子浓度的提高，掺杂BiFeO3会出现相变，经过测试，在相变点的磁性、铁电性会达到一个最大值。引起BiFeO3陶瓷发生相变的掺杂元素有La、Nd、Ba等。Zheng Wen[31]系统研究了Pr替代对BiFeMnO3粉末结构和磁性的影响，X射线衍射和拉曼光谱的研究结果证实，随着Pr掺杂浓度的增加，会有一个从三方转为四方的相变结构，相界发生在Pr替代浓度为14％的位置。在相界处观察到常温下增强的铁磁性能，剩余磁化率为0.260emu/g。磁化强度的增强可以理解为同时考虑了在相界处短程倾斜G型反铁磁相的修正，和因为Pr掺杂引起的对BFO长程不对称自旋摆线的抑制，并指出在三方相BFO薄膜中，最近邻的三价铁离子的反平行阵列产生磁化。然而，特征尺寸大于62nm的材料(比如块体中)使空间调制自旋结构不对称叠加，抵消了磁性。所以在宏观纯相BFO中无磁性。Xingquan Zhang[32]研究了掺Eu的Bi1−xEuxFeO3 (0≤x≤0.3)陶瓷，发现在x=0.2时，发生结构相变(R3c→Pn21a)，在相变点自发磁化强度有很大提高。Renqing Guo[33]研究了掺Gd的BiFeO3粉末的磁性和光催化性能的增强，他制备出了Bi1-xGdxFeO3 (BGFOx, x = 0, 0.05, 0.1, 0.15)四种样品，经过测试，在x=0.1时，发生了从四方晶系到正交晶系的相变(如图2)，在相变点有增强的铁电铁磁性。以上研究说明，随着掺杂浓度的提高，在特定的掺杂浓度下掺杂过的BiFeO3会发生相变，在相变点其铁电性、铁磁性、光催化性能等会得到很大提高。但不是任何一种元素掺杂都会引起相变，比如S.K. Pradhan[34]研究了Ho掺杂对BiFeO3陶瓷(Bi1-xHoxFeO3)多铁性能的影响，指出当x=0.15时，观察到了饱满的电滞回线图像和比较饱满的磁滞回线，但是陶瓷材料没有发生任何相变(R3c)。有学者认为这种磁性的增强可能来自Fe2+或氧空位，因为有人曾经指出，Fe2+和Fe3+反方向排列可能导致了含有Fe2+的BiFeO3 薄膜中磁性。而Wang 等人认为在BiFeO3中，这种Fe2+和Fe3+反方向排列的情况是不可能的[35]，所以这样一个增强的磁性到底是因为掺杂导致的空间排列的变化还是源于Fe2+含量而导致的，仍然没有答案。
[31] Zheng Wen, Xuan Shen, Di Wu, Qingyu Xu, Junling Wang, Aidong Li, Enhanced ferromagnetism at the rhombohedral-tetragonal phase boundary in Pr
and Mn co-substituted BiFeO3 powders, Solid State Communications 150 (2010) 2081-2084
[32] Xingquan Zhang, Yu Sui, Xianjie Wang, Yang Wang, Zhu Wang, Effect of Eu substitution on the crystal structure and multiferroic properties of BiFeO3, Journal of Alloys and Compounds 507 (2010) 157–161
[33] Renqing Guo, Liang Fang,Wen Dong, Fengang Zheng, and Mingrong Shen，Enhanced Photocatalytic Activity and Ferromagnetism in Gd Doped BiFeO3 Nanoparticles，J. Phys. Chem. C 2010, 114, 21390–21396
[34] S.K. Pradhan , J.Das a, P.P.Rout , V.R.Mohanta , S.K.Das , S.Samantray , D.R.Sahu , J.L.Huang, S. Verma, B.K.Roul，Effect of holmium substitution for the improvement of multiferroic properties of BiFeO3，Journal of Physics and Chemistry of Solids 71 (2010) 1557-1564
[35] Wang J, Scholl A, Zheng H, et al. Response to Comment on "Epitaxial BiFeO3 Multiferroic Thin Film Heterostructures"[J]. Science, 2005, 307: 1203b.
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