稀土正铁氧体DyFeO3的制备与物性研究

doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2026.0014

摘要/Abstract

摘要： 稀土正铁氧体因同时具有电、磁等多种序参量及其耦合效应，在基于电荷和电子自旋的新型电子器件中展现出广阔的应用前景，已成为凝聚态物理与材料科学领域的热点研究方向。DyFeO₃强关联体系具有正交钙钛矿晶体结构，其内部自旋存在复杂的相互作用、多重磁相变行为及显著的磁电耦合效应，因而在自旋电子学和磁电功能器件中受到广泛关注。本文系统总结了近年来国内外文献中出现的多种DyFeO₃的制备方法，以及不同制备工艺对DyFeO₃的晶体结构、晶粒尺度、表面形貌和宏观磁性行为的影响，以期为DyFeO₃体系及相关稀土正铁氧体的进一步研究与应用提供参考。

关键词: DyFeO₃; 稀土正铁氧体; 晶体结构; 制备工艺; 自旋重取向; 磁有序; 磁滞回线

Abstract: Owing to the coexistence of multiple order parameters and their underlying coupling effects， rare-earth orthoferrites have emerged as a focal point of research in condensed matter physics and materials science. This kind of material demonstrates significant potential for application in the next-generation electronic devices based on charge and spin degrees of freedom. As a famous member of strongly correlated system， DyFeO₃ usually crystallizes in an orthorhombic symmetry perovskite structure and displays complex spin interactions， multiple magnetic phase transitions， prominent magnetoelectric coupling effects， which are beneficial to spintronics and magnetoelectric functional devices. This review systematically summarizes various synthesis methods for DyFeO₃reported in recent literature. It specifically examines the influence of diverse synthesis processes on the crystal structure， grain size， surface morphology， and macroscopic magnetic behavior of DyFeO₃. This work aims to navigate future research and facilitate practical applications within the DyFeO₃ system and other related rare-earth orthoferrites.

Key words: DyFeO₃; rare-earth orthoferrite; crystal structure; synthesis process; spin reorientation; magnetic ordering; magnetic hysteresis loop

中图分类号:

O469

王茹一, 高湉. 稀土正铁氧体DyFeO₃的制备与物性研究[J]. 人工晶体学报, 2026, 55(9): 1427-1436.

WANG Ruyi, GAO Tian. Preparation and Physical Properties of Rare-Earth Orthoferrite DyFeO₃[J]. Journal of Synthetic Crystals, 2026, 55(9): 1427-1436.

图/表 5

图1 DyFeO3的晶体结构［14］

Fig.1 Crystal structure of DyFeO3［14］

图2 Dy3+沿a轴（a）和b轴（b）施加磁场时自旋的磁位形的动态过程；（c）Fe3+在高磁场下的自旋翻转和Fe3+与Dy3+磁矩之间的耦合作用图［18］

Fig.2 Dynamic evolution of Dy3+ spin magnetic configurations under external magnetic fields applied along the a-axis （a） and b-axis （b）， respectively；（c） schematic of Fe3+ spin-flip transitions under high magnetic fields and the exchange coupling between Fe3+ and Dy3+ magnetic moments［18］

图3 （a） DyFeO3薄膜在室温下的等温磁化曲线；（b）DyFeO3薄膜在不同温度下沿［100］晶向的等温磁化曲线［26］

Fig.3 （a） Isothermal magnetization curves of DyFeO3 thin films at room temperature；（b） isothermal magnetization curves of DyFeO3 thin films at different temperatures along the ［100］ crystallographic direction［25］

图4 （a）在250 ℃下，DyFeO3各个传感器随时间的响应；（b）在NO2气体下，DyFeO3各个传感器对不同ppm浓度的响应［34］

Fig.4 （a） Response of DyFeO3 each sensor with time at 250 ℃；（b） response of DyFeO3 each sensor with concentration with different ppm in presence of NO2 gas［34］

表1 不同制备工艺下DyFeO3的形貌、尺寸、矫顽力、剩余磁化和净磁化

Table 1 Morphology， size， coercivity， remanent magnetization and net magnetization of DyFeO3 prepared by different methods

Preparation method	Morphology	Size/nm	H_c/（Oe）	M_r/（emu·g^-1）	M_n/（emu·g^-1）	Reference
Co-precipitation	Nanoparticle	53@700 ℃	35	—	—	［28］
Co-precipitation	Nanoparticle	65@800 ℃	43	—	—	［28］
Co-precipitation	Nanoparticle	87@900 ℃	60	—	—	［28］
Co-precipitation	Nanoparticle	93@1 000 ℃	115	—	—	［28］
Co-precipitation	Nanoparticle	31.8@750 ℃	250.03	0.2	2.96	［29］
Co-precipitation	Nanoparticle	46.3@850 ℃	366.09	0.33	3.04	［29］
Co-precipitation	Nanoparticle	53.9@950 ℃	497.02	0.79	3.88	［29］
Co-precipitation	Nanoparticle	38@850 ℃	0.014	0.54×10^-7	2.69	［30］
Co-precipitation	Nanoparticle	50@950 ℃	0.018	1.1×10^-7	2.75	［30］
Sol-gel	Nanopowder	89	730	0.192	2.935	［15］
Sol-gel	Nanoparticle	34~64	207	0.1	—	［33］
Sol-gel	Nanoparticle	30~70	5.491	—	—	［34］
Electrospinning	Nanofiber	130	203	0.116	—	［35］

参考文献 41

[1]	FIEBIG M. Revival of the magnetoelectric effect［J］. Journal of Physics D： Applied Physics， 2005， 38（8）： R123-R152.
[2]	KIMURA T. Spiral magnets as magnetoelectrics［J］. Annual Review of Materials Research， 2007， 37（1）： 387-413. DOI URL
[3]	LEE K， HAJRA S， SAHU M， et al. Colossal dielectric response， multiferroic properties， and gas sensing characteristics of the rare earth orthoferrite LaFeO₃ ceramics［J］. Journal of Alloys and Compounds， 2021， 882（33）： 160634. DOI URL
[4]	MOSTOVOY M. Multiferroics： different routes to magnetoelectric coupling［J］. npj Spintronics， 2024， 2（1）： 18. DOI
[5]	SPALDIN N A， RAMESH R. Advances in magnetoelectric multiferroics［J］. Nature Materials， 2019， 18（3）： 203-212. DOI PMID
[6]	WHITE R L. Review of recent work on the magnetic and spectroscopic properties of the rare-earth orthoferrites［J］. Journal of Applied Physics， 1969， 40（3）： 1061-1069. DOI URL
[7]	BOUSQUET E， CANO A. Non-collinear magnetism in multiferroic perovskites［J］. Journal of Physics： Condensed Matter， 2016， 28（12）： 123001.
[8]	IVANOV V K， KUZMENKO A M， TIKHANOVSKII A Y， et al. Metamagnetic and orientational transitions in TbFeO₃ orthoferrite： magnetoelectric phase diagrams［J］. The European Physical Journal Plus， 2023， 138（9）： 818. DOI
[9]	MARRAPU L， RAMA SEKHARA REDDY D. Derived SmFeO₃ nanoparticles exhibiting optical， magnetic， and ferroelectric coupling for multifunctional applications［J］. Journal of Materials Science： Materials in Electronics， 2025， 36（34）： 2185.
[10]	MUBARAK A A， TARIQ S. Influence of pressure on piezoelectric， polarizing， and magnetic nature of SmFeO₃： a DFT study［J］. International Journal of Quantum Chemistry， 2021， 121（4）： e26471.
[11]	STROPPA A， MARSMAN M， KRESSE G， et al. The multiferroic phase of DyFeO₃： an ab initio study［J］. New Journal of Physics， 2010， 12（9）： 093026.
[12]	TOKUNAGA Y， IGUCHI S， ARIMA T， et al. Magnetic-field-induced ferroelectric state in DyFeO₃ ［J］. Physical Review Letters， 2008， 101（9）： 097205.
[13]	NIKITIN S E， ANDRIUSHIN N D， FJELLVÅG Ø S， et al. Competition between multiferroic and magnetic soliton lattice states in DyFeO₃ ［J］. Physical Review Research， 2025， 7（4）： 043173.
[14]	ZENG Z， HE X， SONG Y， et al. High-magnetic-sensitivity magnetoelectric coupling origins in a combination of anisotropy and exchange striction［J］. Nanomaterials， 2022， 12（18）： 3092. DOI URL
[15]	NAKHAEI M， KHOSHNOUD D S. Structural， magnetic， and electrical properties of RFeO₃ （R = Dy， Ho， Yb & Lu） compounds［J］. Journal of Materials Science： Materials in Electronics， 2021， 32（11）： 14286-14300.
[16]	BISWAS B， MICHEL V F， FJELLVÅG Ø S， et al. Role of Dy on the magnetic properties of orthorhombic DyFeO₃ ［J］. Physical Review Materials， 2022， 6（7）： 074401.
[17]	RITTER C， VILARINHO R， MOREIRA J A， et al. The magnetic structure of DyFeO₃ revisited： Fe spin reorientation and Dy incommensurate magnetic order［J］. Journal of Physics： Condensed Matter， 2022， 34（26）： 265801.
[18]	ZENG Z， ZUO H K， JIANG D Q， et al. Evidence of high sensitivity magnetodielectric coupling achieved in DyFeO₃ by spin-flop［J］. Journal of Alloys and Compounds， 2025， 1031（22）： 180996. DOI URL
[19]	RAJESWARAN B， SANYAL D， CHAKRABARTI M， et al. Interplay of 4f-3d magnetism and ferroelectricity in DyFeO₃ ［J］. EPL （Europhysics Letters）， 2013， 101（1）： 17001.
[20]	RATHOD U， HAJRA S， JETHVA S， et al. Role of crystal structure and local electronic structure on the magnetic behaviour of DyMn_1- _x Fe _x O₃ （x=0.0， 0.3， 0.5， 0.7， and 1.0） system［J］. Journal of Alloys and Compounds， 2025， 1040（31）： 183667. DOI URL
[21]	IIDA R， SATOH T， SHIMURA T， et al. Spectral dependence of photoinduced spin precession in DyFeO₃ ［J］. Physical Review B， 2011， 84（6）： 064402.
[22]	NAKAJIMA T， TOKUNAGA Y， TAGUCHI Y， et al. Piezomagnetoelectric effect of spin origin in dysprosium orthoferrite［J］. Physical Review Letters， 2015， 115（19）： 197205. DOI URL
[23]	AFANASIEV D， IVANOV B A， KIRILYUK A， et al. Control of the ultrafast photoinduced magnetization across the morin transition in DyFeO₃ ［J］. Physical Review Letters， 2016， 116（9）： 097401.
[24]	LI Z Z， QI W H， MA L， et al. Magnetic domain wall pinning and depinning in DyFeO₃ single crystal［J］. APL Materials， 2024， 12（6）： 061115.
[25]	KHIM T Y， EOM M J， KIM J S， et al. Strain control spin reorientation transition in DyFeO₃ /SrTiO₃ epitaxial film［J］. Applied Physics Letters， 2011， 99（7）： 072501.
[26]	BISWAS B， NAUMOV P， MOTTI F， et al. Correlation of structural and magnetic properties of RFeO₃ （R=Dy， Lu ）［J］. Physical Review Materials， 2024， 8（8）： 084404.
[27]	BISWAS B， STRAMAGLIA F， POMJAKUSHINA E V， et al. Room temperature dy spin‐flop switching in strained DyFeO₃ thin films［J］. Advanced Materials Interfaces， 2025， 12（11）： 2400938. DOI URL
[28]	ZHU L， SAKAI N， YANOH T， et al. Synthesis of multiferroic DyFeO₃ nanoparticles and study of their magnetic properties［J］. Journal of Physics： Conference Series， 2012， 352（1）： 012021.
[29]	CHUNG N T K， TRINH T D， MITTOVA V O， et al. Physicochemical characteristics of DyFeO₃ perovskite nanoparticles synthesized by a simple co-precipitation method at room temperature［J］. Emergent Materials， 2024， 7（6）： 2767-2775. DOI
[30]	NGUYEN A T， DO A K， NGUYEN D K， et al. Structural， optical and magnetic properties of the nanosized perovskite-like DyFeO₃ prepared by modified co-precipitation method［J］. Journal of Materials Science： Materials in Electronics， 2024， 35（20）： 1404.
[31]	HIRA， DAUD A， ZULFIQAR S， et al. DyCr _x Fe_（1- _x_）O₃ nanoparticles prepared by wet chemical technique for photocatalytic applications［J］. Ceramics International， 2020， 46（17）： 26675-26681. DOI URL
[32]	REDDY S S K， RAJU N， RAMESH J， et al. Effect of sintering temperature on leakage current of polycrystalline multiferroic DyFeO₃ system［J］. Ferroelectrics， 2017， 516（1）： 44-50. DOI URL
[33]	LONE I H， FAZIL M， AHMED J， et al. Multiferroic and photocatalytic properties of DyFeO₃ nanoparticles stabilized by citrate precursor route［J］. Bulletin of Materials Science， 2024， 47（1）： 48. DOI
[34]	BEGUM V S N， ZARENA D. Multiferroic properties and gas sensing characteristics of rare earth orthoferrite DyFeO₃ ceramic nanoparticles prepared by sol-gel method［J］. Journal of Materials Science： Materials in Electronics， 2025， 36（30）： 1923.
[35]	YADAV S K， PABBA D P， AEPURU R， et al. Investigation of structural， magnetic， and ferroelectric properties in one-dimensional rare-earth dysprosium orthoferrite （DyFeO₃） nanofibers［J］. Materials Letters， 2025， 381（4）： 137772. DOI URL
[36]	CAO Y， ZHOU C M， QIN H W， et al. High-performance acetone gas sensor based on ferrite-DyFeO₃ ［J］. Journal of Materials Science， 2020， 55（34）： 16300-16310. DOI
[37]	WANG H， MA S Y， NI P， et al. A high performance gas sensor for n-butanol based on DyFeO₃ was prepared by one step hydrothermal method［J］. Vacuum， 2025， 238（9）： 114243. DOI URL
[38]	REID A H M， RASING Th， PISAREV R V， et al. Terahertz-driven magnetism dynamics in the orthoferrite DyFeO₃ ［J］. Applied Physics Letters， 2015， 106（8）： 082403.
[39]	AFANASIEV D， HORTENSIUS J R， IVANOV B A， et al. Ultrafast control of magnetic interactions via light-driven phonons［J］. Nature Materials， 2021， 20（5）： 607-611. DOI PMID
[40]	GAREEV T T， SASANI A， KHUSYAINOV D I， et al. Optical excitation of coherent THz dynamics of the rare-earth lattice through resonant pumping of f-f electronic transition in a complex perovskite DyFeO₃ ［J］. Physical Review Letters， 2024， 133（24）： 246901. DOI URL
[41]	POPOV A I， GAREEVA Z V， ZVEZDIN A K. Quantum theory of the spin dynamics excited by ultrashort THz laser pulses in rare earth antiferromagnets DyFeO₃ ［J］. Journal of Physics： Condensed Matter， 2025， 37（2）： 025801.

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[1]	马新晶, 赵九州, 邱潇薇, 孙赞. 一例镉配合物的合成、晶体结构及固态荧光性质[J]. 人工晶体学报, 2026, 55(8): 1306-1312.
[2]	张力杨, 冯思思, 杜学勤, 杨冬冬. 2-(3-吡啶基)苯并咪唑-5-羧酸构筑的镍(Ⅱ)配合物结构及磁性质研究[J]. 人工晶体学报, 2026, 55(5): 809-815.
[3]	黄秋萍, 杨思明, 郑燕菲, 庞华钰, 黄秋婵, 张海全. [LaL₃(H₂O)₂] _n 配合物的合成、晶体结构及与CT-DNA/HSA结合研究[J]. 人工晶体学报, 2026, 55(2): 314-324.
[4]	陈文涛, 庄杏宜, 安航宜, 来中杰, 王爱荣, 罗亚妮, 史忠丰, 李家明. 一例二维钴金属有机框架材料的合成、晶体结构及水中荧光识别性能研究[J]. 人工晶体学报, 2025, 54(9): 1642-1653.
[5]	金雨欣, 于海丽, 王钰晴, 谢龙琛, 田洪瑞, 陈宝宽. 双核V^IV配合物的合成、晶体结构及磁性研究[J]. 人工晶体学报, 2025, 54(6): 1021-1026.
[6]	李佳, 冯婧, 苗萌. 基于混合配体的两个同构配合物的晶体结构和磁性研究[J]. 人工晶体学报, 2025, 54(4): 693-699.
[7]	许同桃, 万洪善, 杨甜星, 高敏, 王冲. 两个基于4-氨基-2,6-二甲氧基嘧啶的铜(Ⅱ)配合物的合成、表征与性质[J]. 人工晶体学报, 2025, 54(4): 684-692.
[8]	高嘉庆, 屈小勇, 吴翔, 郭永刚, 伍伟雄, 张博, 魏凯峰. TBC太阳电池技术研究进展[J]. 人工晶体学报, 2025, 54(12): 2060-2071.
[9]	姜敏, 熊梓涵, 张彤, 杨雨茹, 李慧茹, 刘艳, 赵夏. 新型酰基硫脲CCT的合成、晶体结构及与小牛胸腺DNA相互作用的研究[J]. 人工晶体学报, 2025, 54(12): 2156-2163.
[10]	孙文韬, 徐艳, 冯路顺, 孟文清, 郑伟健, 李新星, 李素芝. 基于手性/消旋配体的金属有机膦酸钴配合物的合成、晶体结构及磁学性能[J]. 人工晶体学报, 2025, 54(11): 1974-1982.
[11]	张姗, 冯健萱, 刘玲, 郭宇. 钒基配合物催化硫化物绿色高效氧化为亚砜的研究[J]. 人工晶体学报, 2025, 54(11): 1983-1989.
[12]	张姗, 刘玲, 冯健萱, 陈强强, 吴红梅, 郭宇. [Cu₂(HBTC)₂(4, 4′-bpy)₂·5H₂O]配合物的合成、结构及性能研究[J]. 人工晶体学报, 2025, 54(11): 1961-1966.
[13]	陆心宜, 王睿曦, 李梦月, 吴立明, 陈玲. NaCeF(SO₄)₂：新型氟化铈硫酸盐合成结构及其粉末非线性光学性能研究[J]. 人工晶体学报, 2025, 54(10): 1772-1779.
[14]	徐娅蓉, 赵九州, 赵成兄, 梁毅农, 孙赞. 基于胡椒酸/4,4′-联吡啶的Zn配位聚合物的合成、结构及Hirshfeld分析[J]. 人工晶体学报, 2025, 54(1): 115-120.
[15]	李苗, 郑易萌, 孙已婷, 毛玉玲, 朱百丽, 崔术新. 基于4,5-咪唑二羧酸配体镉配位化合物的制备及性能[J]. 人工晶体学报, 2025, 54(1): 121-125.