铁掺杂对弛豫铁电体钇铬铁矿纳米颗粒电学特性的调控机制研究

来自印度的研究人员通过溶胶-凝胶法制备铁(Fe)掺杂钇铬铁矿纳米颗粒，系统研究了掺杂浓度对弛豫铁电体(relaxor-ferroelectric)电学性能的调控规律。研究发现随着Fe含量增加，直流激活能降低，扩散因子增大，光学带隙从2.62 eV降至2.15 eV，同时Urbach能量从1.5 eV升至5.21 eV。该工作为设计新型弛豫铁电功能材料提供了重要理论依据。

　　

这项研究揭示了铁(Fe)掺杂对弛豫铁电体(relaxor-ferroelectric)钇铬铁矿(YCrO₃)纳米颗粒电学性能的调控机制。通过溶胶-凝胶(sol-gel)法制备的样品展现出显著的半导体特性，直流电阻率随温度升高而降低。有趣的是，随着Fe掺杂浓度增加，直流激活能逐渐降低，同时缺陷介导的弛豫峰呈现扩散增强特征。

光学测试显示，Fe掺杂导致光学带隙(optical bandgap)从2.62 eV显著减小至2.15 eV，而Urbach能量则从1.5 eV增加到5.21 eV，表明材料无序度增加。光致发光(photoluminescence)谱在610 nm处出现明显的红光发射峰。

电学表征发现，基于背对背肖特基二极管(back-to-back Schottky diodes)模型，随着Fe浓度增加，势垒高度降低而理想因子(ideality factor)升高。这种反常现象暗示载流子在耗尽层的产生-复合(generation-recombination)过程以及量子隧穿效应在电荷传输中起关键作用。电容-电压(C-V)测试进一步证实，Fe掺杂能有效调控材料中自由载流子和陷阱载流子浓度。这些发现为开发新型多功能电子器件提供了重要理论基础。