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바나듐 페라이트 박막의 결정구조 및 자기적 성질에 관한 뫼스바우어 분광학적 연구
Mössbauer Study of Crystallographic and Magnetic Properties in Vanadium Ferrite(VxFe3-xO4) Thin Films

박재윤   (인천대학교 신소재공학과UU0001082  ); 김광주   (건국대학교 물리학과UU0000050  );
  • 초록

    Sol-gel 법을 이용하여 $V_xFe_{3-x}O_4$ (x=0.0, 0.15, 0.5, 1.0) 박막 시료을 만들어 V 치환에 따른 $Fe_3O_4$ 의 결정구조적 특성을 X-ray diffraction(XRD)과 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)로 조사하였다. 특히 Fe 이온의 전하상태와 거동에 관하여 강력하게 조사할 수 있는 conversion electron $M\"{o}ssbauer$ (CEMS) 분광법을 이용하여 양이온들의 거동과 초미세 자기적 성질을 분석하였다. X-선 회절실험의 결과 $V_xFe_{3-x}O_4(X{\leq}1.0)$ 박막 시료들의 결정구조는 스피넬구조로서 V 조성값 증가에 따라 격자상수값이 약간 증가함을 보여준다. XPS 조사에서 x값 증가에 따라 처음에는 $V^{3+}$ 이온이 B-자리의 $Fe^{3+}$ 이온을 주로 치환하고 x값이 더 커지면서 $V^{2+}$ 이온의 $Fe^{2+}$ 치환도 발생되는 것으로 나타났다. 이것은 격자상수값이 증가하는 분석 결과를 잘 설명하여 준다. CEMS 측정 결과에서 나타난 양이온 거동은 주로 B-자리의 $Fe^{3+}$ 이온에 대한 $V^{3+}$ 이온 치환이 나타나고, V 조성값이 더 크게 증가함에 따라 $V^{2+}$ 이온의 $Fe^{2+}$ 치환도 발생됨을 알 수 있었다. 그리고 이것은 V 치환이 Fe 이온 주위의 국부적 전하분포와 대칭성의 변화를 가져와 초미세 자기적 성질의 변화를 초래함을 의미한다.


    The mixed ferrite $V_xFe_{3-x}O_4$ (x=0.0, 0.15, 0.5, 1.0) thin films were prepared by sol-gel method. Their crystallographic and magnetic hyperfine properties have been studied using X-ray diffraction(XRD), X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) and conversion electron $M\"{o}ssbauer$ spectroscopy(CEMS). The crystal structure is found to be cubic spinel throughout the series( $x{\leq}1.0$ ), and the lattice parameter $a_0$ increases linearly with increasing V content. XRD, XSP and CEMS indicate that $V^{3+}$ substitution for $Fe^{3+}$ in B-site is superior to $V^{2+}$ substitution for $Fe^{2+}$ in B-site. It is noticeable that both quadrupole shift and hyperfine field decreases with increasing V composition, suggesting the change of local symmetry and accompanying line-broadening. The line-broadening on CEMS spectra can be explained by the distribution of magnetic hyperfine fields.


  • 주제어

    sol-gel법 .   양이온 거동 .   초미세자기장.  

  • 참고문헌 (10)

    1. K. Krieble, T. Schaeffer, J. A. Paulsen, A. P. Ring, C. C. H. Lo, and J. E. Synder, J. Appl. Phys., 97, 10F101 (2005) 
    2. E. J. W. Verwey and J. H. Boer, Recl. Trav. Chim. Pays-Bas, 55, 531 (1936) 
    3. T. Cranshaw and G. Longworth, Mossbauer Spectroscopy Applied to Inorganic Chemistry vol.1. G. J. Long eds., Plenum press, New York (1984) pp. 185 
    4. H. P. Klug and L. E. Alexander, X-ray Diffraction Procedures for Polycrystalline and Amorphous Materials, John-Wiley and Sons Inc. (1954) pp. 157 
    5. O. Muller and R. Hoy, The Major Ternary Structural Families, Springer-Verlag, New York (1974) pp. 5 
    6. H. N. Ok and B. J. Evans, Phys. Rev. B, 14, 2956 (1976) 
    7. J. R. Cullen and E. Callen, J. Appl. Phys., 41, 879 (1970) 
    8. E. R. Bauminger, S. G. Cohen, A. Marinov, S. Ofer, and E. Segal, Phys. Rev., 122, 1447 (1961) 
    9. D. L. Peng, T. Asai, N. Nozawa, T. Hihara, and K. Sumiyama, Appl. Phys. Lett., 81, 4598 (2002) 
    10. P. Seneor, A. Fert, J.-L. Maurice, F. Montainge, F. Petroff, and A. Vaures, Appl. Phy. Lett., 74, 4017 (1999) 

 저자의 다른 논문

  • 박재윤 (15)

    1. 1998 "침상형 Fe-Co 합금입자에서 조성이 초미세자기장에 미치는 효과" 韓國磁氣學會誌 = Journal of the Korean Magnetics Society 8 (1): 1~5    
    2. 1999 "치환형 Sr-Ba 육방 페라이트들의 자기적 성질에 수소환원이 미치는 효과에 관한 Mossbauer 분광학적 연구" 韓國磁氣學會誌 = Journal of the Korean Magnetics Society 9 (1): 35~40    
    3. 2001 "Spinel 유화물 $Ni_xFe_{1-x}Cr_2S_4(X = 0.05, 0.1, 0.2)$의 초거대자기저항(CMR)현상에 관한 연구" 韓國磁氣學會誌 = Journal of the Korean Magnetics Society 11 (4): 151~156    
    4. 2005 "Structural, Magnetic, and Optical Studies on Normal to Inverse Spinel Phase Transition in FexCo3-xO4 Thin Films" 韓國磁氣學會誌 = Journal of the Korean Magnetics Society 15 (2): 96~99    
    5. 2005 "Electronic and Magnetic Properties of Ti1-xMxO2-δ (M=Co and Fe) Thin Films Grown by Sol-gel Method" 韓國磁氣學會誌 = Journal of the Korean Magnetics Society 15 (2): 109~112    
    6. 2005 "Spinel계 유화물 ZnxFe1-xCr2S4의 CMR 특성과 자기적 성질" 韓國磁氣學會誌 = Journal of the Korean Magnetics Society 15 (2): 137~141    
    7. 2006 "Co-ferrite 박막에서 양이온 거동에 관한 Mossbauer 분광 연구" 韓國磁氣學會誌 = Journal of the Korean Magnetics Society 16 (1): 1~5    
    8. 2006 "역스피넬 Fe3O4 박막의 바나듐 도핑에 따르는 자기적 성질 변화" 韓國磁氣學會誌 = Journal of the Korean Magnetics Society 16 (1): 18~22    
    9. 2006 "졸-겔 방법을 이용하여 제작된 (Mn, Cr)xCo1-xFe2O4 박막의 구조적, 자기적 특성" 韓國磁氣學會誌 = Journal of the Korean Magnetics Society 16 (1): 23~27    
    10. 2006 "Fe 첨가된 CuO의 구조적, 자기적 특성" 韓國磁氣學會誌 = Journal of the Korean Magnetics Society 16 (1): 34~39    
  • 김광주 (23)

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