$Nd_{1-x}Ba_xFeO_{3-y}$계의 비화학량론과 물리적 성질에 관한 연구

A Study of the Nonstoichiometry and Physical Properties of the Nd1-xBaxFeO3-y System

  • 장순호 (연세대학교 이과대학 화학과) ;
  • 유광현 (연세대학교 이과대학 화학과) ;
  • 김성진 (이화여자대학교 화학과) ;
  • 최승철 (아주대학교 재료공학과) ;
  • 장순호 (한국전자통신연구원)
  • 발행 : 19940800

초록

$Nd_{1-x}Ba_xFeO_{3-y}$계에 대한 각 조성의 시료를 1200$^{\circ}C$ 대기압하에서 반응물을 가열하여 합성하였고 X-선 분말 회절분석을 통하여 고용체가 합성되었음을 확인하였다. X-선 회절분석 결과 x = 0.00과 0.25는 팔면체장이 뒤틀린 orthoferrite형의 사방정계이며, x = 0.50과 0.75의 조성을 갖는 화합물은 단순입방정계이다. 고용체내의 Fe이온은 $Fe^{3+}$$Fe^{4+}$이온의 혼합원자가 상태로 존재하기 때문에 $Fe^{4+}$이온의 몰비와 산소공위로부터 비화학량론적 조성식들을 결정하였다. Mossbauer분광분석결과 A자리에 $Ca^{2+}$ 또는 $Sr^{2+}$ 이온이 치환된 계들과는 달리 $Ba^{2+}$ 이온이 치환된 화합물들은 $FeO_6$$FeO_4$ 뿐만 아니라 $FeO_5$이 5배위장이 형성됨을 알 수 있었다. 또한 x = 0.25와 0.50 조성들은 초상자성의 스펙트럼을 보이는데 이는 $Fe^{3+}$$Fe^{4+}$ 이온간의 강자성 상호작용을 하는 영역을 형성하기 때문이다. 모든 시료의 전기전도도는 반도성 범위에 속한다. 시료는 $O^{2-}$ 이온을 매개로 한 Fe 이온간의 전자전달과정에서 $Fe^{4+}$ 이온은 전자 받게 준위로 작용하기 때문에 $Fe^{4+}$이온이 증가함에 따라 전기전도도의 활성화에너지가 감소된다.

A series of samples in the $Nd_{1-x}Ba_xFeO_{3-y}$ system has been prepared by heating the reactants to$1200^{\circ}C$ under an ambient atmosphere, and the solid solutions were identified by X-ray power diffraction analysis. The crystal systems of samples with x = 0.00 and 0.25 were found to be orthorhombic whose local symmetry is similiar to the distorted octahedral with orthoferrite type one, whereas those with x = 0.50 and 0.75 to be the cubic system. Since Fe ions in the solid solutions are a mixed valence state between $Fe^{3+}\;and\;Fe^{4+}$ ions, the nonstoichiometric chemical formulas could be determined from the mole ratio of $Fe^{4+}$ ion and oxygen vacacies. According to the Mossbauer spectroscopic analysis, the presence of 5-coordinated $FeO_5$ was evidenced only in the barium compounds along with $FeO_6,\;and\;FeO_4$, but not in the strontium and calcium compounds. The samples with x = 0.25 and 0.50 show a spectrum of superparamagnetism, which might be due to the formation of a domain of the ferromagnetic interaction between the $Fe^{3+}\;and\;Fe^{4+}$ ions. The electrical conductivities of all samples are within semiconducting range. Since the $Fe^{4+}$ ion acts as an electron acceptor level during the electron transfer between the Fe through intermediate $O^{2-}$ ions, the activation energy of the compounds decreases with the increment of $Fe^{4+}$ content.

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참고문헌

  1. J. Solid State Chem. v.80 Grenier, J.-C.;Wattiaux, A.;Pouchard, M.;Hagenmuller, P.;Parras, M.;Vallet, M.;Calbet, J.;Alario-Franco, M. A.
  2. Mat. Res. Bull. v.22 Parras, M.;Vallet, M.;Alario-Franco, M. A.;Grenier, J. C.;Hagenmuller, P.
  3. J. Solid State Chem. v.74 Matsumoto, Y.;Sugiyama, K.;Sato, E.
  4. J. Solid State Chem. v.84 Hombo, J.;Matsumoto, Y.;Kawano, T.
  5. J. Solid State Chem. v.81 Gibb, T. C.;Matsuo, M.
  6. J. Solid State Chem. v.50 Buffat, B.;Demazeau, G.;Pouchard, M.;Dance, J. M.;Hagenmuller, P.
  7. J. Solid State Chem. v.85 Battle, P. D.;Gibb, T. C.;Lightfoot, P.;Matsuo, M.
  8. J. Mater. Sci. Roh, K. S.;Ryu, K. H.;Yo, C. H.
  9. J. Solid State Chem. v.73 Yo, C. H.;Lee, E. S.;Pyun, M. S.
  10. J. Solid State Chem. v.105 no.2 Ryu, K. H.;Roh, K. S.;Lee, S. J.;Yo, C. H.
  11. Denky Kagaku v.55 Hombo, J.;Nishimura, K.
  12. Acta Cryst. v.19 Coppens, P.;Eibschutz, M.
  13. J. Magnetism v.4 Hornreich, R. M.;Komet, Y.;Yaeger, I.
  14. J. Solid State Chem. v.88 Parras, M.;Fournes, L.;Grenier, J.-C.;Pouchard, M.;Vallet, M.;Calbet, J. M.;Hagenmuller, P.