Tăng cường tính chất sắt điện, sắt từ của vật liệu BiFeO3 bằng cách pha tạp đồng thời Nd và Ni - Đào Việt Thắng

Vật lý & Khoa học vật liệu Đ. V. Thắng, , N. M. Hùng, “Tăng cường tính chất sắt điện đồng thời Nd và Ni.” 162 TĂNG CƯỜNG TÍNH CHẤT SẮT ĐIỆN, SẮT TỪ CỦA VẬT LIỆU BiFeO3 BẰNG CÁCH PHA TẠP ĐỒNG THỜI Nd VÀ Ni Đào Việt Thắng*, Dư Thị Xuân Thảo, Nguyễn Thị Diệu Thu, Hồ Quỳnh Anh, Nguyễn Mạnh Hùng Tóm tắt: Vật liệu BiFeO3 pha tạp đồng thời Nd và Ni với các nồng độ tạp chất khác nhau được chế tạo bằng phương pháp sol-gel. Cấu trúc tinh thể của hệ vật liệu được khảo sát bằng các phép đo giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) và phổ tán xạ Raman. Tính chất sắt từ của hệ vật liệu được xác định thông qua phép đo chu trình từ trễ (M-H). Phép đo chu trình điện trễ (P-E) được dùng để xác định tính chất sắt điện của hệ vật liệu. Kết quả cho thấy nồng độ tạp chất Nd và Ni có ảnh hưởng tới cấu trúc tinh thể, tính chất sắt điện, tính chất sắt từ của vật liệu BiFeO3. Tính chất sắt điện và sắt từ được cải thiện khi pha tạp đồng thời Nd và Ni. Khi nồng độ tạp chất Nd tăng từ 0 tới 15% mol, vật liệu có từ độ bão hòa (Ms) tăng từ 0,053 tới 0,528 emu/g, từ độ dư (Mr) tăng từ 0,011 tới 0,116 emu/g, độ phân cực điện bão hòa (2Ps) tăng từ 2,10 tới 36,70 µC/cm2, độ phân cực điện dư (2Pr) tăng từ 1,26 tới 19,94 µC/cm2. Tính chất sắt điện và sắt từ được cải thiện mạnh nhất khi pha tạp đồng thời 12,5% mol Nd3+ và 2,5% mol Ni2+. Nguồn gốc tính chất sắt điện, sắt từ của vật liệu được thảo luận trong báo cáo này. Từ khóa: Cấu trúc tinh thể; Tính chất sắt điện; Tính chất sắt từ; BFO đồng pha tạp (Nd và Ni). 1. GIỚI THIỆU Vật liệu đa pha điện từ tồn tại đồng thời các tính chất sắt điện, sắt từ, sắt đàn hồi trong cùng một pha cấu trúc, các tính chất này gọi chung là tính chất “ferroic”. Vật liệu đa pha điện từ có thể dùng chế tạo các thiết bị điện tử, lưu trữ thông tin, cảm biến, thiết bị đọc và ghi thông tin [1, 2]. Do vậy, vật liệu đa pha điện từ đang thu hút mạnh các nhóm nghiên cứu. Vật liệu BiFeO3 (BFO) là một trong số rất ít vật liệu đa pha điện từ thể hiện tính chất ferroic tự nhiên. Vật liệu BFO thể hiện trật tự sắt điện với nhiệt độ chuyển pha Curie TC ~1100 K, thể hiện trật tự phản sắt từ với nhiệt độ chuyển pha Néel TN ~ 640 K [3, 4]. Tính chất sắt điện của vật liệu có nguồn gốc từ electron lẻ cặp của orbital 6s2 của Bi và sự lệch của cation Fe3+ khỏi tâm của bát diện FeO6. Khi chế tạo vật liệu BFO thường kèm theo các pha tạp chất (Bi2Fe4O9 và Bi25FeO40) làm tăng mật độ dòng rò dẫn tới giảm tính chất sắt điện của vật liệu. Sự xuất hiện các pha tạp chất Bi2Fe4O9 và Bi25FeO40 trong mẫu chế tạo cũng làm nhiệt độ chuyển pha thay đổi trong khoảng rộng khó kiểm soát [5, 6]. Vì vậy, vật liệu BFO dạng khối sẽ không phù hợp cho việc chế tạo các thiết bị điện tử. Vấn đề này có thể giải quyết bằng cách pha tạp ion kim loại chuyển tiếp hoặc ion đất hiếm vào vị trí Fe3+ hoặc vị trí Bi3+ trong mạng chủ BiFeO3. Nhiều báo cáo trước đây cho thấy tính chất từ của vật liệu BFO được tăng cường khi pha tạp ion đất hiếm RE3+ (Nd3+, Ho3+, Sm3+) hoặc ion kim loại chuyển tiếp TM2+ (Ni2+, Co2+) [7-9]. Báo cáo của Raghavan và cộng sự [10], Li và cộng sự [11] chỉ ra rằng khi pha tạp đồng thời RE3+ và TM2+ vào mạng chủ BFO sẽ làm giảm mật độ dòng rò và tăng độ từ hóa của vật liệu. Vì vậy, pha tạp đồng thời RE3+ và TM2+ được cho là giải pháp để làm tăng cả tính chất sắt điện và sắt từ của vật liệu BFO [12, 13]. Trong nghiên cứu này, vật liệu BFO pha tạp đồng thời Nd3+ và Ni2+ được chế tạo bằng phương pháp sol-gel. Chúng tôi nghiên cứu ảnh hưởng của ion Nd3+ và Ni2+ khi pha tạp đồng thời vào mạng chủ BiFeO3 lên cấu trúc, tính chất sắt điện và sắt từ của vật liệu này. Nguồn gốc của tính chất sắt điện và sắt từ cũng được thảo luận trong báo cáo này. 2. THỰC NGHIỆM Vật liệu BiFeO3 và Bi1-xNdxFe0,975Ni0,025O3 (BNFNO, với x = 0,00 ÷ 0,15) được chế tạo bằng phương pháp sol-gel. Các hóa chất được sử dụng trong thí nghiệm bao gồm Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CBES2, 04 - 2018 163 Bi(NO3)3.5H2O, Nd(NO3)3.6H2O, Ni(NO3)2.6H2O, ethylene glycol và axít citric. Đầu tiên, các hóa chất được cân đúng tỉ phần về khối lượng rồi được trộn đều trong 15 ml nước tinh khiết. Bước tiếp theo, hỗn hợp hóa chất được khuấy bằng máy khuấy từ trong thời gian 1 giờ và giữ nhiệt độ trong khoảng 50 ÷ 60°C. Sau đó, hỗn hợp hóa chất được thêm vào 35ml dung dịch ethylene glycol và axít citric (tỉ lệ về thể tích axít citric/ethylene glycol là 7/3). Hỗn hợp dung dịch tiếp tục được khuấy trong thời gian 3 giờ để thu được dung dịch sol. Tiếp theo, nhiệt độ của dung dịch sol được tăng tới 100°C để nước bay hơi, sau khoảng thời gian 3 giờ thu được gel ướt. Gel ướt sẽ được sấy ở nhiệt độ 120°C bằng tủ sấy trong khoảng thời gian 4 giờ thu được gel khô. Cuối cùng, gel khô được ủ ở nhiệt độ 800°C trong thời gian 7 giờ thu được vật liệu dạng bột. Để đo tính chất sắt điện của vật liệu BFO và BNFNO, mẫu cần được chuẩn bị thêm một số công đoạn sau. Bước thứ nhất, vật liệu dạng bột cần được ép thành viên nén đường kính 6mm, bề dày 1mm dưới áp suất 20MPa. Bước tiếp theo, các viên nén sẽ được nung thiêu kết ở nhiệt độ 800°C trong thời gian 5 giờ. Sau đó, các viên nén được làm sạch bề mặt mẫu và tạo điện cực bằng cách quét keo platin lên bề mặt mẫu. Cuối cùng, các mẫu được ủ ở 500°C trong thời gian 2 giờ để tăng độ bám dính của điện cực. Các đặc trưng của vật liệu BFO và BNFNO được khảo sát bằng nhiều kĩ thuật khác nhau như: Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD), sử dụng nhiễu xạ kế D5005 với bước sóng CuKα và đo trong khoảng 2θ = 20 ÷ 65°. Phép đo phổ tán xạ Raman được xác định trên hệ đo Jobin Yvon T64000 và được kích thích bằng chùm tia laser khí Ar, bước sóng 514,5nm. Phép đo chu trình từ trễ (M-H) được thực hiện hệ đo từ kế mẫu rung (7404_VSM) dùng xác định tính chất từ của vật liệu BFO và BNFNO. Tính chất sắt điện của vật liệu BFO và BNFNO được xác định bằng phép đo chu trình điện trễ (P-E) trên hệ đo Radiant Precision LC_10V. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hình 1a là giản đồ nhiễu xạ tia X của bột BFO và BNFNO. Đối chiếu kết quả đo XRD với thẻ chuẩn JPCDS số 71-2494 cho thấy BFO và BNFNO kết tinh đơn pha trong cấu trúc rhombohedral, thuộc nhóm không gian R3C. Quan sát XRD của các mẫu ta thấy các đỉnh nhiễu xạ của mẫu BNFNO bị dịch về phía góc 2θ lớn so với mẫu BFO. Điều này chứng tỏ đã có sự thay đổi cấu trúc của vật liệu khi pha tạp đồng thời Nd3+ và Ni2+. Từ dữ liệu đo XRD của BFO và BNFNO, chúng tôi sử dụng phần mềm UnitCell để tính hằng số mạng tinh thể của các vật liệu này và biểu diễn trên hình 1b. Kết quả cho thấy vật liệu BFO có hằng số a ~ 5,585Å và c ~13,866Å, hằng số mạng tinh thể a và c đều giảm khi pha tạp đồng thời Nd3+ và Ni2+ vào Nồng độ Nd3+ (%) 0 5 10 15 5.556 5.562 5.568 5.574 5.580 5.586 a BFO c (b) 13.74 13.77 13.80 13.83 13.86 H ằn g số m ạn g a (Å ) H ằn g số m ạn g c (Å ) Hình 1. (a) Giản đồ nhiễu xạ tia X của BiFeO3 và Bi1-xNdxFe0,975Ni0,025O3 (x = 0,00 ÷ 0,15); (b) Hằng số mạng tinh thể (a và c) phụ thuộc theo nồng độ Nd3+. C ư ờ ng đ ộ tư ơ ng đ ối ( đ .v .t .ý ) Góc 2θ (độ) 20 30 40 50 60 x= 0,00 x= 0,10 x= 0,05 x= 0,15 x= 0,125 BFO (3 0 0 ) (0 1 8 ) (1 2 2 ) (1 1 6 ) (0 2 4 ) (2 0 2 ) (0 0 6 ) (1 1 0 ) (1 0 4 ) (0 1 2 ) (a) Vật lý & Khoa học vật liệu Đ. V. Thắng, , N. M. Hùng, “Tăng cường tính chất sắt điện đồng thời Nd và Ni.” 164 mạng chủ BFO. Do bán kính ion của Nd3+ (1,109Å) gần bằng bán kính ion Bi3+ (1,17Å), bán kính ion của Ni2+ (0,63Å) gần bằng bán kính ion của Fe3+ (0,635Å) nên Nd3+ dễ thay thế vị trí Bi3+, Ni2+ dễ thay thế vị trí Fe3+. Khi các ion Nd3+, Ni2+ tương ứng thay thế vị trí ion Bi3+, Fe3+ trong mạng tinh thể BFO làm co mạng tinh thể dẫn tới giảm hằng số mạng. Tuy nhiên, khi nồng độ Nd3+ tăng tới 15% mol giản đồ nhiễu xạ của mẫu này cho thấy dấu hiệu của sự chuyển pha từ cấu trúc rhombohedral sang cấu trúc orthorhombic. Để có thêm cơ sở xác định ảnh hưởng của ion Nd3+ và Ni2+ lên cấu trúc mạng tinh thể, chúng tôi tiến hành khảo sát phổ tán xạ Raman của các mẫu này. Phổ tán xạ Raman của bột BFO và BNFNO đo ở nhiệt độ phòng được biểu diễn trên hình 2. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra vật liệu BFO tồn tại trong cấu trúc rhombohedral có 13 modes dao động Г = 4A1 + 9E [14, 15]. Từ kết quả đo phổ tán xạ Raman, chúng tôi sử dụng hàm Gaussian để xác định vị trí các modes dao động. Kết quả cho thấy trong khoảng số sóng 100 ÷ 450cm-1 có 3 modes A1 (ở các vị trí 132, 167 và 203cm-1) và 5 modes E (ở các vị trí 258, 275, 292, 318 và 355cm-1). Các modes E có cường độ nhỏ hơn cường độ các modes A1. Trong đó, các modes dao động xuất hiện tại vị trí số sóng 132, 167 và 203cm-1 đặc trưng cho liên kết cộng hóa trị Bi-O. Các electron lẻ cặp của Bi đóng vai trò quan trọng trong liên kết cộng hóa trị Bi-O [9, 16]. Do đó, sự thay đổi trong cấu trúc tinh thể của vật liệu sẽ dẫn đến sự thay đổi phổ tán xạ Raman. Sự biến đổi cấu trúc của vật liệu thể hiện thông qua sự thay đổi về cường độ và vị trí các modes dao động của mẫu pha tạp đồng thời Nd3+ và Ni2+ so với mẫu BFO. Khi nồng độ Nd3+ là 0% mol, các modes A1 đặc trưng cho liên kết Bi-O dịch về phía số sóng thấp. Nguyên nhân là do Ni2+ thay thế vị trí Fe3+ làm cho liên kết Fe/Ni-O bị co lại dẫn tới liên kết Bi-O giãn ra. Tuy nhiên, khi nồng độ Nd3+ tăng các modes A1 đặc trưng cho liên kết Bi-O có xu hướng dịch về phía số sóng lớn. Ta thấy rằng tần số của các modes dao động tỉ lệ với khối lượng m của nguyên tử và hằng số lực k theo hệ thức /k m . Vì vậy, sự dịch vị trí các modes A1 đặc trưng cho liên kết Bi-O về phía số sóng lớn khi nồng độ Nd3+ tăng được giải thích: (i) bán kính ion của Nd3+ (~ 1,109Å) nhỏ hơn bán kính ion của Bi3+ (~ 1,17Å) nên khi Nd3+ thay thế vị trí Bi3+ làm co mạng tinh thể dẫn tới giảm khoảng cách Bi/Nd – O, hằng số lực k tăng; (ii) khối lượng nguyên tử Nd (~ 144g) nhỏ hơn khối lượng nguyên tử Bi (~ 209g). Ngoài ra, khi nồng độ Nd3+ tăng tới 15% mol, phổ tán xạ Raman của mẫu này cho thấy rõ sự giảm về số lượng các modes dao động và cường độ của các modes dao động. Đây là dấu hiệu cho thấy có sự chuyển pha cấu trúc. Điều này là phù hợp với dự đoán từ kết quả XRD. Như vậy, kết quả thu được từ phổ tán xạ Raman và XRD là cơ sở cho thấy Nd3+ đã thay thế vị trí Bi3+. Sự thay thế của Nd3+ cho Bi3+ trong mạng tinh thể sẽ làm thay đổi tính chất điện từ của vật liệu BFO. Hình 3a biểu diễn chu trình từ trễ của vật liệu BFO và BNFNO đo ở nhiệt độ phòng Hình 2. Phổ tán xạ Raman của BiFeO3 và Bi1-xNdxFe0,975Ni0,025O3 (x = 0,00 ÷ 0,15). C ư ờ ng đ ộ tư ơ ng đ ối ( đ .v .t .ý ) Số sóng (cm-1) 100 150 200 250 300 350 400 E -6E -5 E -4E -3 A 1 -1 x = 0,00 x = 0,15 x = 0,125 x = 0,10 x = 0,05 -1 BFO A 1 -2 A 1 -3 E -2 Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CBES2, 04 - 2018 165 với từ trường ngoài khoảng 10kOe. Kết quả cho thấy tất cả các mẫu BFO và BNFNO thể hiện tính chất sắt từ yếu. Từ chu trình từ trễ của các mẫu, chúng tôi xác định được giá trị từ độ bão hòa (Ms), từ độ dư (Mr) của các mẫu này. Hình 3b biểu diễn sự thay đổi của Ms và Mr theo nồng độ Nd3+. Ta nhận thấy vật liệu BFO có Ms ~ 0,053emu/g, Mr ~ 0,011emu/g. Khi pha tạp đồng thời Nd3+ và Ni2+ vào mạng chủ BFO làm cho giá trị Ms và Mr của vật liệu tăng lên rõ rệt. Đối với các mẫu pha tạp đồng thời Nd3+ và Ni2+, giá trị Ms, Mr tăng khi nồng độ Nd3+ tăng từ 0% tới 12,5% mol. Sự thay đổi này có thể được giải thích như sau: (i) Khi Nd và Ni đồng thời thay thế vị trí Bi và Fe trong cấu trúc mạng tinh thể sẽ làm giảm góc liên kết Fe - O - Fe và độ dài liên kết Fe-O dẫn tới tính chất từ của vật liệu được tăng cường; (ii) Ni2+ thay thế vị trí Fe3+ sẽ tạo ra nút khuyết ôxy, góp phần làm tăng từ độ của vật liệu; (iii) Nd3+ và Ni2+ là các ion có từ tính mạnh nên khi các ion này được thay thế cho Bi3+ và Fe3+ sẽ tạo ra các tương tác siêu trao đổi như: Nd3+-Nd3+, Nd3+-Fe3+, Nd3+- Ni2+, Fe3+-Ni2+ và Ni2+-Ni2+. Điều này là phù hợp với kết quả nghiên cứu của Kumarn và cộng sự [17] đã chỉ ra rằng tính chất từ của vật liệu BFO pha tạp Gd3+ được tăng cường là do xuất hiện các tương tác siêu trao đổi Gd3+- Gd3+, Gd3+-Fe3+. Khi nồng độ Nd3+ tăng tới 15% mol, giá trị Ms, Mr có xu hướng giảm. Nguyên nhân được dự đoán là ở nồng độ này mẫu có dấu hiệu chuyển pha cấu trúc đã được chỉ ra ở trên. Chu trình điện trễ của vật liệu BFO và BNFNO đo ở nhiệt độ phòng với điện trường ngoài khoảng 5kV/cm được chỉ ra trong hình 4a. Ta nhận thấy tất cả các mẫu đều thể hiện tính chất sắt điện. Chu trình điện trễ của các mẫu pha tạp đồng thời Nd3+ và Ni2+ có 0 5 10 15 0 7 14 21 28 35 P (  C /c m 2 ) 2Ps 2Pr BFO (b) Nồng độ Nd3+ (%) Hình 4. (a) Chu trình điện trễ của BiFeO3 và Bi1-xNdxFe0,975Ni0,025O3 (x = 0,00 ÷ 0,15); (b) Giá trị 2Ps và 2Pr phụ thuộc vào nồng độ Nd3+. -6 -4 -2 0 2 4 6 -18 -12 -6 0 6 12 18 P (  C /c m 2 ) E (kV/cm) x=0,00 x=0,05 x=0,10 x=0,125 x=0,15 (a) Hình 3. (a) Chu trình từ trễ của BiFeO3 và Bi1-xNdxFe0,975Ni0,025O3 (x = 0,00 ÷ 0,15); (b) Giá trị Ms và Mr phụ thuộc vào nồng độ Nd3+. Nồng độ Nd3+ (%) 0 5 10 15 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 M ( e m u /g ) Ms Mr BFO (b) -5000 -2500 0 2500 5000 -0.6 -0.3 0.0 0.3 0.6 x=0,125 x=0,15 x=0,10 M ( e m u /g ) H (Oe) BFO x=0,00 (a) Vật lý & Khoa học vật liệu Đ. V. Thắng, , N. M. Hùng, “Tăng cường tính chất sắt điện đồng thời Nd và Ni.” 166 sự thay đổi mạnh. Tính chất sắt điện của mẫu pha tạp đồng thời Nd3+ và Ni2+ so với mẫu BFO được cải thiện hơn. Nguyên nhân là khi Nd3+ thay thế vị trí Bi3+ trong mạng tinh thể làm giảm mật độ dòng rò, Ni2+ thay thế Fe3+ tạo ra các nút khuyết ôxy, chúng đều có ảnh hưởng tới tính chất sắt điện của vật liệu. Điều này phù hợp với kết quả nghiên cứu của Rajput và cộng sự [18] đã chỉ ra khi pha tạp đồng thời La và Ni vào mạng tinh thể BFO làm giảm mật độ dòng rò, tính chất sắt điện được cải thiện. Từ kết quả đo chu trình điện trễ, chúng tôi xác định giá trị độ phân cực điện dư (2Pr), độ phân cực điện bão hòa (2Ps) theo nồng độ Nd3+ và biểu diễn trên hình 4b. Đối với mẫu BFO giá trị 2Pr và 2Ps có giá trị tương ứng là 1,23 và 2,10µC/cm2. Giá trị 2Pr = 0,30; 5,60; 5,69; 6,77; 19,93µC/cm2 và 2Ps = 0,66; 8,31; 14,13; 14,98; 36,70µC/cm2 tương ứng với nồng độ Nd3+ là 0%, 10%, 12,5% và 15% mol. Kết quả này cho ta thấy rõ tính chất sắt điện của vật liệu được tăng cường khi nồng độ tạp chất Nd3+ tăng. 4. KẾT LUẬN Vật liệu BiFeO3 và vật liệu BiFeO3 pha tạp đồng thời Nd 3+ và Ni2+ đã được chế tạo thành công bằng phương pháp sol-gel. Khi Nd3+ và Ni2+ tương ứng thay thế vị trí Bi3+ và Fe3+ trong mạng chủ BiFeO3 đã làm giảm hằng số mạng tinh thể của vật liệu. Sự thay thế Nd3+ và Ni2+ tương ứng cho Bi3+ và Fe3+ trong mạng tinh thể của BiFeO3 cũng làm tăng tính chất sắt điện và sắt từ của vật liệu. Như vậy, tính chất sắt điện và sắt từ của vật liệu BiFeO3 đã được cải thiện bằng cách pha tạp đồng thời ion Nd 3+ và Ni2+ vào mạng tinh thể của vật liệu này. Nồng độ tạp chất Nd3+ tăng từ 0% tới 12,5% mol, giá trị Ms tăng lên khoảng 10 lần, giá trị 2Ps tăng lên khoảng 7 lần. Nồng độ tạp chất Nd3+ tăng tới 15% mol, mẫu có dấu hiệu chuyển pha cấu trúc làm giảm Ms và Mr của mẫu. Lời cảm ơn: Nhóm tác giả xin cảm ơn sự hỗ trợ kinh phí từ đề tài cấp cơ sở của Trường Đại học Mỏ - Địa chất. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. W. Eerenstein, N.D. Mathur, and J.F. Scott, "Multiferroic and magnetoelectric materials," Nature, Vol. 442, (2006), pp. 759-765. [2]. Y. Tokura, "Multiferroics-toward strong coupling between magnetization and polarization in a solid," J. Magn. Magn. Mater., Vol. 310, (2007), pp. 1145-1150. [3]. F. Kubel and H. Schmid, "Structure of a ferroelectric and ferroelastic monodomain crystal of the perovskite BiFeO3," Acta Cryst., Vol. B46, (1990), pp. 698-702 [4]. X. Qi, J. Dho, R. Tomov, M.G. Blamire, and J.L.M. Driscoll, "Greatly reduced leakage current and conduction mechanism in aliovalention-doped BiFeO3," Appl. Phys. Lett., Vol. 86, (2005), p. 062903. [5]. B. Ruette, S. Zvyagin, A.P. Pyatakov, A. Bush, J.F. Li, V.I. Belotelov, A.K. Zvezdin, and D. Viehland, "Magnetic-field-induced phase transition in BiFeO3 observed by high-field electron spin resonance: Cycloidal to homogeneous spin order," Phys. Rev. B, Vol. 69, (2004), p. 064114. [6]. X.J. Xi, S.Y. Wang, W.F. Liu, H.J. Wang, F. Guo, X. Wang, J. Gao, and D.J. Li, "Enhanced magnetic and conductive properties of Ba and Co co-doped BiFeO3 ceramics," J. Mag. Mag. Mater., Vol. 355, (2014), pp. 259-264. [7]. T.D. Rao, T. Karthik, A. Srinivas, and S. Asthana, "Study of Structural, Magnetic and Electrical properties on Ho-substituted BiFeO3," Solid State Commun., Vol. 152, No. 23 (2012), pp. 2071-2077. [8]. X. Xu, T. Guoqiang, R. Huijun, and X. Ao, "Structural, electric and multiferroic properties of Sm-doped BiFeO3 thin films prepared by the sol-gel process," Ceram. Int., Vol. 39, No. 6 (2013), pp. 6223-6228. [9]. M. Cazayous, D. Malka, D. Lebeugle, and D. Colson, "Electric field effect on BiFeO3 single crystal investigated by Raman spectroscopy," Appl. Phys. Lett., Vol. 91, (2007), p. 071910. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CBES2, 04 - 2018 167 [10]. C.M. Raghavan, J.W. Kim, and S.S. Kim, "Structural and ferroelectric properties of chemical solution deposited (Nd, Cu) co-doped BiFeO3 thin film," Ceram. Int., Vol. 39, No. 4 (2013), pp. 3563-3568. [11]. Y. Li, H. Zhang, Q. Li, H. Liu, X. Dong, W. Mao, C. Dong, S. Liu, X.a. Li, and S. Wei, "Structural distortion and room-temperature ferromagnetization of Co-doped and (Eu,Co)-codoped BiFeO3 nanoparticles," Mater. Lett., Vol. 87, (2012), pp. 117-120. [12]. W. Ye, G. Tann, G. Dong, H. Ren, and A. Xia, "Improved multiferroic properties in (Ho, Mn) co-doped BiFeO3 thin films prepared by chemical solution deposition," Ceram. Int., Vol. 41, (2015), pp. 4668-4674. [13]. I. Coondoo, N. Panwar, M.A. Rafiq, V.S. Puli, M.N. Rafiq, and R.S. Katiyar, "Structural, dielectric and impedance spectroscopy studies in (Bi0.90R0.10)Fe0.95Sc0.05O3 (R = La, Nd) ceramics," Ceram. Int., Vol. 40, (2014), pp. 9895-9902. [14]. H. Fukumura, H. Harima, K. Kisoda, M. Tamada, Y. Noguchi, and M. Miyayama, "Raman scattering study of multiferroic BiFeO3 single crystal," J. Magn. Magn. Mater., Vol. 310, (2007), pp. 367-369. [15]. M.K. Singh, H.M. Jang, S. Ryu, and M.H. Jo, "Polarized Raman scattering of multiferroic BiFeO3 epitaxial films with rhombohedral R3c symmetry," Appl. Phys. Lett., Vol. 88, (2006), p. 042907. [16]. A. Gautam, K. Singh, K. Sen, R.K. Kotnala, and M. Singh, "Crystal structure and magnetic property of Nd doped BiFeO3 nanocrytallites," Mater. Lett., Vol. 65, No. 4 (2011), pp. 591-594. [17]. M. Kumar, P. Chandra Sati, S. Chhoker, and V. Sajal, "Electron spin resonance studies and improved magnetic properties of Gd substituted BiFeO3 ceramics," Ceram. Int., Vol. 41, No. 1 (2015), pp. 777-786. [18]. S.S. Rajput, R. Katoch, K.K. Sahoo, G.N. Sharma, S.K. Singh, R. Gupta, and A. Garg, "Enhanced electrical insulation and ferroelectricity in La and Ni co-doped BiFeO3 thin film," J. Alloy.Compd., Vol. 621, (2015), pp. 339-344. ABSTRACT ENHANCE FERROELECTRIC AND FERROMAGNETIC PROPERTIES OF BiFeO3 MATERIALS BY CO-DOPED Nd AND Ni BiFeO3 materials co-doped Nd and Ni at various concentrations were fabricated by sol-gel method. Crystal structure of the materials is investigated by X- ray diffaction diagram (XRD) and Raman scattering spectra. Ferromagnetic properties of the materials are investigated by magnetic hysteresis loops measurement (M-H). Electric polarization versus electric field measurement (P-E) is used to determine ferroelectric properties of the materials. Results show that Nd and Ni co-doping affect crystal structure, ferroelectric and ferromagnetic properties of BiFeO3 materials. Ferroelectric and ferromagnetic properties of BiFeO3 materials improve as co-doping Nd and Ni. When concentration of Nd increases from 0% to 15% mol, Ms increases from 0.053 to 0.528 emu/g, Mr increases from 0.011 to 0.116 emu/g, 2Ps increases from 2.10 to 36.70 µC/cm2, 2Pr increases from 1.26 to 19.94 µC/cm2. Ferroelectric and ferromagnetic properties of BiFeO3 materials are most strongly improved when co-doped with 12.5% mol of Nd3+ and 2.5% mol of Ni. The origin of ferroelectric and ferromagnetic properties of materials are also discussed in this report. Keywords: Crystal structure; Ferroelectric; Ferromagnetic; BFO co-doped (Nd and Ni). Nhận bài ngày 25 tháng 02 năm 2018 Hoàn thiện ngày 15 tháng 3 năm 2018 Chấp nhận đăng ngày 02 tháng 4 năm 2018 Địa chỉ: Khoa Khoa học cơ bản, Trường Đại học Mỏ - Địa chất. *Email: daovietthang@humg.edu.vn.