بررسی آلایش وانادیوم و کلسیم بر ویژگی‌های ساختاری و مغناطیسی نانوذرات گارنت(x=y= 0, 0.1, 0.2) Y3-xCaxFe5-yVyO12

نانومواد

مقاله 5، دوره 12، شماره 41، فروردین 1399، صفحه 43-52   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

مرجانه جعفری فشارکی^{* 1}؛ محمد حسن یوسفی²؛ سهراب منوچهری²؛ معین پیرمرادیان²؛ محمدرضا جلالی¹

¹دانشکده فیزیک، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

²دانشکده نانوفیزیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شاهین‌شهر، ایران

چکیده

در این پژوهش، نانوذرات گارنت ایتریوم-آهن با فرمول y=0, 0.1, 0.2)=x (Y_3-xCa_xFe_5-yV_yO₁₂; به روش سل-ژل احتراقی ساخته شد. نانوذرات ساخته ‌شده با استفاده از XRD، FESEM، AGFM و ترازوی فارادی بررسی شدند. طیف XRD برای نمونه‌ها نشان داد نانوپودرها دارای ساختار بلوری مکعبی هستند و فاز مورد انتظار گارنت در دمای C° 1200 بطور کامل تشکیل شده است. متوسط اندازه دانه‌ها با استفاده از داده‌های XRD و فرمول شرر nm 39 بدست آمد. تصاویر FESEM نیز نشان می‌دهد که پس از پخت اندازه ذرات از حد نانو بزرگتر شده و حضور عناصر جانشانی شده موجب کاهش دمای پخت می‌شود. منحنی مغناطش نمونه‌ها نیز نشان داد که جانشانی وانادیوم و کلسیم به عنوان یون‌های غیرمغناطیسی به جای آهن در ساختار گارنت موجب کاهش مغناطش می‌شود. زیرا جایگاه‌های چهاروجهی d24 توسط وانادیوم اشغال می‌شود که موجب می‌شود J_ad اندرکنش غالب درون شبکه‌ای در زیرشبکه‌ها باشد. همچنین نتایج نشان می‌دهد که دمای کوری نیز با افزایش وانادیوم و کم شدن تعداد پیوندهای Fe³⁺-O²⁺-Fe³⁺ کاهش می‌یابد. اما جانشانی هم‌زمان وانادیم و کلسیم موجب افزایش دمای کوری می‌شود، زیرا جانشانی کلسیم باعث قوی‌تر شدن پیوندهای کاتیون آهن و اکسیژن می‌شود. به عبارتی افزایش دمای کوری می‌تواند ناشی از اعوجاجات ساختاری ثابت شبکه به دلیل جانشانی یون‌های بزرگ کلسیم به جای آهن باشد.

کلیدواژه‌ها

نانوذرات؛ گارنت ایتریم آهن؛ سل-ژل احتراقی؛ مغناطش؛ دمای کوری

مراجع

• C. Abrahams, S. Geller, Acta Crystals, 11, 1958, 437.
• H. Vajargah, H.R.M. Hosseini, Z.A. Nemati, Journal of Alloys and Compounds, 430, 2007, 339.
• H. Vajargah, H.R.M. Hosseini, Z.A. Nemati, Materials Science and Engineering: B, 129, 2006, 211.
• N. Akhtar, A.B. Sulong, M.A. Khan, M. Ahmad, G. Murtaza, M.R. Raza, M. Saleem, M. Kashif, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 401, 2016, 425.
• A. Musa, R.S. Azisa, N.H. Osman, J. Hassan, T. Zangina, Results in physics, 7, 2017, 1135.
• Chakrabarty, A. Sinha, A. Dutta, M. Pal, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 468, 2018, 215.
• Akashan, B. Deka, S. Ravi, D. Pamu, Ceramics International, 43, 2017, 10468.
• D.S. Marins, T. Ogasawara, A.S. Ogasawara, Journal of Alloys and Compounds, 436, 2007, 415.
• B. Lopez, C.A.C. Escobedo, F. Sanchez, D. Jesus, A.B. Pingarron, A.M.B. Miro, Journal of Alloys and Compounds, 730, 2018, 127.
• Rajan, S.L. Das, K.S. Sibi, G. Subodh, Journal of Electronic Materials, 48, 2019, 1133.
• Mori, K. Sugimoto, Y. Matsuda, K. Ohmori, T. Katsumata, S. Taminato, Y.Takeda, O. Yamamoto, Journal of the Electrochemical Society, 166, 2019, A5168.
• Duan, W. Wu, A. Nolan, T. Wang, J. Wen, C. Hu, Y. Mo, W. Luo, Advanced Materials, 31, 2019, 1807243.
• A. Janifer, S. Anand, V.M. Vinosel, S. Pauline, Materials Today: Proceedings, 8, 2019, 337.
• Man, F. Ma, T. Xie, J. Ding, A. Wu, L. Su, H. Li, G. Ren, Optical Materials, 66, 2017, 207.
• P. Nobrega, S.S. Costa, T.S.T. Alvarenga, B.P. Alho, A. Caldas, P.O. Ribeiro, V.S.R. Sousa, N.A. Oliveira, P.J. Ranke, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 422, 2017, 157.
• V.M. Paiva, M.A.S. Silva, R.G.M. Oliveira, A.R. Rodrigues, L.M.U.D. Fechin, A.S.B. Sombra, P.B.A. Fechine, Journal of Alloys and Compounds, 644, 2015, 763.
• Yukihiro, T. Daisuke, K. Kouya, Y. Hideki, Japanese Journal of Applied Physics, 54, 2015, 092202.
• C. Onbasli, T. Goto, X. Sun, N. Huynh, C.A. Ross, Optic Express, 22, 2014, 25183.
• Korjik, K.T. Brinkman, G. Dosovitskiy, V. Dormenev, A. Fedorov, D. Kozlov, V. Mechinsky, H.G. Zaunick, IEEE Transactions on Nuclear Science, 66, 2019, 536.
• Xu, H. Yang, W. Xu, L. Yu, Current Applied Physics, 8, 2008, 1.
• Cheng, H. Yang, Y. Chi, L. Yu, X. Zhao, S. Feng, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 308, 2007, 5.
• Winkler, "Magnetic Garnets", Vieweg, Wiesbaden, 1981.
• Dong, H. Yang, L. Yu, Y. Cui, W. Jin, S. Feng, Journal of Material Science, 42, 2007, 5003.
• Dong, Y. Cui, H. Yang, L. Yu, W. Jin, S. Feng, Materials Letters, 60, 2006, 2094.
• N. Akhtar, M.U. Islam, S.B. Niazi, M.U. Rana, International Journal of Modern Physics B, 25, 2011, 1149.
• S. Kim, B.K. Min, S.J. Kim, S.R. Yoon, Y. Uhm, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 254, 2003, 553.
• Y. Tsay, C.Y. Liu, K.S. Liu, I.N. Lin, L.J. Hu, T.S. Yeh, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 239, 2000, 490.
• M.A.E. Ata, N.A. Sharaf, M.A. Ahmed, B.M. Shalaby, Solid State Science, 6, 2004, 639.
• A. Omari, R. Skomski, D.J. Sellmyer, Advance in Materials Physics and Chemistry, 2, 2012, 116.
• R. Naik, A.V. Salker, Journal of Alloys and Compounds, 600, 2014, 137.
• S. Mustaffa, M. Hashim, R.A.S. Azis, I. Ismail, S. Kanagesan, M.M. Zulkimi, Journal of Supercond Novel Magn., 277, 2014, 1451.
• S. Kim, Y.R. Uhm, S.B. Kim, G. Lee, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 215, 2000, 551.
• Mumcu, K. Sertel, J.L. Volaski, A. Figotin, I. Vitebsky, EEE on Antennas and Propagation Society International Symposium, 2, 2004, 1395.
• Shinohara, S. Takeda, Y. Matsumoto, Y. Noro, IEEE Transactions on Magnetics, 11, 1975, 1676.
• Skomski, "Simple Models of Magnetism", University Press, Oxford, 2008.
• R.H. Kodama, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 200, 1999, 359.