SCIE
SCOPUS
KCI등재
Structural and Magnetic Properties of Gd-Ni-co-doped BiFeO₃ Nanoparticles
저자
Sandeep Kumar Singh Patel (Department of Chemistry, S.R.P.S. College (B.R.A. Bihar University, Muzaffarpur)) ; Jae-Hyeok Lee ; Min-Kwan Kim ; Sang-Koog Kim 연구자관계분석
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2019
작성언어
English
주제어
등재정보
SCIE,SCOPUS,KCI등재
자료형태
학술저널
수록면
371-378(8쪽)
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제공처
Single-phase (GdNi)x(BiFe)1-x O₃ (x = 0, 0.025, and 0.05) nanoparticles of 30-40 nm particle size on average were fabricated using a sol-gel method. Transmission electron microscopy, X-ray diffraction as well as Raman spectral measurements and analyses revealed that the (GdNi)x(BiFe)1-xO₃ nanoparticles undergo a structural transformation from the rhombohedral R3c structure (for x = 0 and 0.025) to the triclinic P1 (for x = 0.05). X-ray photoemission spectroscopy served to confirm that co-doping of Gd<SUP>3+</SUP> and Ni<SUP>2+</SUP> ions decreases oxygen-vacancy concentration, reflecting less Fe<SUP>2+</SUP> content in the co-doped samples compared with pure BiFeO₃. Magnetization hysteresis loops showed that the magnetization value for x = 0.05 at 50 kOe increases significantly to M = 5.32 emu/g at 300 K and to 14.47 emu/g at 5 K, representing 760 and 690 % enhancements relative to those for x = 0. Fitting of the Curie-Weiss law to the observed magnetization-versus-temperature curves indicated the presence of weak ferromagnetic coupling in the samples. We also noted the exchange bias effect in the nano-size particles, possibly originating from exchange coupling between surface spins of an uncompensated ferromagnetic nature and core spins of an antiferromagnetic nature. We ascribed these significant improvements in the Gd-Ni-co-doped BiFeO₃ nanoparticles’ magnetic properties to the rhombohedral R3c to triclinic P1 structural transformation, due to the samples’ particle size being smaller than the modulation length of the canted antiferromagnetic ordering of the Fe<SUP>3+</SUP> spins. These enhanced magnetic properties, notably, might prove useful for a variety of spintronic applications.
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