비자성 이온 Ga, In이 치환된 유화물 스피넬의 뫼스바우어 분광학 연구 = The Effect of Non Magnetic Ion Substitution for the FeCr₂-xMxS₄ (M=Ga, In) by Mossbauer Spectroscopy

국문 초록 (Abstract)

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 Å로 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.

다국어 초록 (Multilingual 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 Neel 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, △E_Q=1.88 ㎜/s, θ=36˚, φ=0˚, η=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 △EQ of the A and B site in Mossbauer spectra of the samples FeCr₂-xGaxS₄ (x=0.3) are 0.83 and 2.94 ㎜/s, respectively. While they are 0.56 and 2.36 ㎜/s for the FeCr₂-xInxS₄ (x=0.3). It is noticeable that the △E_Q 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 Å, 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.

목차 (Table of Contents)

• 국문초록
  
• Ⅰ. 서론
  
• Ⅱ. 실험 방법
  
• Ⅲ. 결과 및 논의
  
• 감사의 글
  
• 참고문헌
  
• Abstract

참고문헌 (Reference)

• 1 M. R. Spender, "Solid State Commum. 11" 1417 : 1972
• 2 M. R. Spender, "Solid State Commum. 11" 1417 : 1972
• 3 L. F. Feiner, "J. Phys. C 15" 1515 : 1982
• 4 L. F. Feiner, "J. Phys. C 15" 1515 : 1982