초록
$\alpha$-F $e_2$ $O_3$, 나노 입자를 균일한 크기로 제조하여 Morin 전이 온도( $T_{M}$)를 전 후로 스핀의 변화에 관하여 연구하였다. X-선 회절 분석과 입도분포 측정을 통하여 입자는 80nm정도의 매우 군일한 크기 분포를 하고 있음을 확인하였다. Mossbauer 분광기를 통하여 4.2K에서부터 실내온도까지 여러 온도 범위에 걸쳐 측정한 결과 입자의 크기에 따라 $T_{M}$온도가 변화되었고 스핀의 상태 역시 달라졌다. $T_{M}$은 $b_{ulk}$상태에서 265 K의 값을 가지고 있으나 입자의 크기가 작아질수록 낮아지고, 임계 크기 이하에서는 전이가 전혀 일어나지 않는다. 80nm크기의 입자에서, 스핀의 방향은 $T_{M}$ 이상의 온도에서는 정상적으로 hexagonal구조의 c축에 90$^{\circ}$ 이루고 있으나 $T_{M}$ 이하의 온도에서는 c 축에 나란하지 않고 일정한 각(28$^{\circ}$～29$^{\circ}$)을 유지하는데, 이 방향은 rhombohedral구조의 [110]에 해당하는 것으로 지금까지 알려진 0$^{\circ}$와 90$^{\circ}$사이의 스핀 전이와는 다른 모습을 보여주고 있다.
We have synthesized monodispersed $\alpha$-F $e_2$ $O_3$ nano particles to investigate the spin change during the Morin transition temperature( $T_{M}$). The particle size was founded to have a very uniform distribution of 80 nm by x-ray diffraction and size dispersion analyzer. The Mossbauer spectra between the 4.2 K and the room temperature show that $T_{M}$ was shifted and the spin states of Fe ion were changed with the particle size. The Morin transition temperature of bulk usually quoted in literature is 265 K but, it decreases with the size and no transition was found at the critical size down to 4.2K. The spin direction of 80 nm sized particles are normal to the hexagonal c-axis above the $T_{M}$ and are tilted about 28～29$^{\circ}$ below $T_{M}$, which is the [110] direction of rombohedral structure.
