비자성 이온 Ga, In 이 치환된 유화물 스피넬의 뫼스바우어 분광학 연구
The Effect of Non Magnetic Ion Substitution for the FeCr2-xMxS4 (M=Ga, In) by Mossbauer Spectroscopy
김삼진(국민대학교); 손배순(국민대학교); 김철성(국민대학교)
16권 1호, 6~10쪽
초록
단일상 FeCr2-xMxS4(M=Ga, In; x=0.1, 0.3)에 대하여 x-선 회절기(XRD), 진동 시료 자화율 측정기(VSM), 뫼스바우어 분광기을 이용하여 비자성 이온의 치환효과를 연구하였다. 결정구조는 Rietveld 프로그램을 이용하여 공간그룹이 Fd3m[Fe, Ga, In(8a); Cr, Ga, In(16d); S(32e) (u, u, u)]인 입방 스피넬 구조임을 확인하였다. 비자성 이온 Ga이 치환된 시료의 경우, Ga이 치환 될수록 격자상수가 10.007에서 9.996 Å으로 감소하는 반면, In이 치환된 시료의 경우, In이 치환 될수록 격자상수가 10.029에서 10.092 Å으로 증가함을 확인하였다. VSM 측정 결과 Ga과 In이 치환 될수록 Neel 온도는 각각 180에서 188 K, 173에서 160 K로 변화하였는데, 이것은 격자상수의 변화에 따른 사면체 자리(A 자리)와 팔면체 자리(B 자리)의 초교환 상호작용 세기의 변화로 해석 할 수 있었다. 4.2 K~300 K의 온도범위에 걸쳐서 뫼스바우어 스펙트럼을 분석한 결과 Fe 이온이 각각 A 자리와 B 자리에 점유함을 확인 할 수 있었다. 이것은 비자성 이온 Ga과 In 이 A 자리의 Fe 이온의 비대칭적인 전하 분포를 야기시키는 것으로 해석할 수 있었다. 또한 Cr-S의 결합거리를 비교해 본 결과, FeCr2-xGaxS4(x=0.3)와 FeCr2-xInxS4(x=0.3)가 각각 2.41, 2.43 Å로 FeCr2-xGaxS4(x=0.3)의 결합거리가 작아 공유 결합력이 커짐에 따라 비대칭적인 전하 분포를 유도함으로 해석할 수 있다. 이는 큰 전기 사중극자를 유도하는 결과와 일치함을 알 수 있었다.
Abstract
The sulphur spinel FeCr2-xMxS4 (M=Ga, In) have been studied with Mossbauer spectroscopy, x-ray diffraction (XRD), and vibrating sample magnetometer. The XRD patterns for samples FeCr2-xMxS4 (M=Ga, In; x=0.1, 0.3) reveal a single phase, which the Ga and In ions are partially occupied to the tetrahedral (A) site. The N?el temperature for the Ga substituted samples increases from 180 to 188 K, with increase from x=0.1 to 0.3. While, it decreases from 173 to 160 K, for the In substituted samples of the x=0.1 and 0.3, respectively. The Mossbauer spectra were collected from 4.2 K to room temperature. We have analyzed the Mossbauer spectra using eight Lorentzian lines fitting method for the FeCr2-xInxS4 (x=0.1) at 4.2 K, yielding the following results; Hhf=146.0 kOe, DEQ=1.88 mm/s, q=36o, f=0o, h=0.6, and R=1.9. The Ga ions enter into the both sites octahedral (B) and tetrahedral (A), simultaneously the same amounts of Fe ions migrate from the A to the B site, this result is an agreement with XRD results, too. The DEQ of the A and B site in Mossbauer spectra of the samples FeCr2-xGaxS4 (x=0.3) are 0.83 and 2.94 mm/s, respectively. While they are 0.56 and 2.36 mm/s for the FeCr2-xInxS4 (x=0.3). It is noticeable that the DEQ for the Ga doped samples are larger than that of the corresponding In doped samples, in spite of the larger ionic radius for In ions. The bond lengths of Cr-S, for the Ga and In doped samples (x=0.3) are found to be 2.41 and 2.43 ? respectively. We interpret that the larger covalence effect from the smaller bond length induces a large asymmetric charge distribution. Finally, it gives a large quadrupole interaction.
- 발행기관:
- 한국자기학회
- 분류:
- 물리학