DOI QR코드

DOI QR Code

뫼스바우어 분광법을 이용한 LuFe2O4의 자발분극과 철 이온의 거동과의 상관관계에 대한 연구

The Research about the Correlation Between the Spontaneous Polarization of LuFe2O4 and Behavior of Iron by Mössbauer

  • 방봉규 (국민대학교 나노전자물리학과) ;
  • 김철성 (국민대학교 나노전자물리학과) ;
  • 김성백 (포항공과대학 물리학과) ;
  • 발행 : 2007.02.28

초록

[ $LuFe_2O_4$ ] 단결정 시료를 floating zone법을 이용하여 합성, 결정학적 및 자기구조를 연구하였다. 결정 구조는 $R\={3}mh$의 능면체로 결정되었고, 격자 상수는 각각 $a_0=3.440(2)\;{\AA},\;c_0=25.263(2)\;{\AA}$이었다. 진동 시료 자화율 측정기(VSM) 실험결과와 $M\"{o}ssbauer$ 분석 실험결과 자기적 $N\'{e}el$ 온도($T_N$)는 250 K로 결정되었다. 12 K에서의 $M\ddot{o}ssbauer$ 스펙트럼을 결정구조에서 기인한 4개 세트의 6라인 공명흡수선으로 분석하였으며, 상온에서의 $M\"{o}ssbauer$ 스펙트럼은 3개의 single과 1개의 doublet이 중첩된 형태를 보였다. 상온에서 singlet들의 이성질체 이동치는 $Fe^{3+}$의 이온 상태를 나타내는 $0.20{\pm}0.01mm/s$ 전후의 값을, doublet은 $Fe^{2+}$의 이온 상태를 나타내는 $0.70{\pm}0.01mm/s$의 값을 갖는 것을 알 수 있었다. 상온에서의 $Fe^{3+}$$Fe^{2+}$간의 면적비율은 1:1로 나타났으나, 온도가 상승함에 따라 doublet 형태가 점차 사라지다가 360 K에서는 singlet 형태의 단일 흡수선으로 나타났다. 이는 $LuFe_2O_4$물질에서 나타내는 자발분극현상이 철 이온이 가지고 있는 거동의 변화 때문인 것으로 해석된다.

Single crystalline, $LuFe_2O_4$, was grown by the floating zone method. The crystal structure was a two-dimensional layered-type rhombohedral($R\={3}mh$) structure, with an $a_0=3.440(2)\;{\AA}\;and\;a\;c_0=25.263(2)\;{\AA}$. The magnetic $N\'{e}el$ temperature($T_N$) was determined to be 250 K. The $M\"{o}ssbauer$ spectrum at 12 K was fitted with four sextet sets which was resulted from the crystal structure. The spectrm at room temperature consisted of three singlets and a doublet with the electric quadrupole splitting. The isomer shift($\delta$) value of the singlet was $0.20{\pm}0.01mm/s$ relative to the Fe metal indicating the $Fe^{3+}$ valence state, and the value of the doublet was $0.70{\pm}0.01mm/s$ indicating $Fe^{2+}$. The $M\"{o}ssbauer$ absorption area ratio between $Fe^{3+}$ and $Fe^{2+}$ at room temperature was 1:1. The doublet phase of spectra gradually disappears by up to 360 K. At 360 K, the spectrum shows the singlet phase. We suggested that the spontaneous polarization effect of $LuFe_2O_4$ was caused by the change of iron behavior.

키워드

참고문헌

  1. M. Tanaka, K. Siratori, and N. Kimizuka, J. Phys. Soc. Jpn., 53, 760 (1984) https://doi.org/10.1143/JPSJ.53.760
  2. N. Ikeda, S. Nohdo, and Y. Yamada, J. Korean Phys. Soc., 32, S165 (1998)
  3. Y. Yamada, K. Kitsuda, S. Nohdo, and N. Ikeda, Phys. Rev. B, 62, 12167 (2000) https://doi.org/10.1103/PhysRevB.62.12167
  4. N. Ikeda, H. Ohsumi, K. Ohwada, K. Ishii, T. Inami, K. Kakurai, Y. Murakami, K. Yoshii, S. Mori, Y. Hoichi, and H. Kito, Nature, 436, 1136 (2005) https://doi.org/10.1038/nature04039
  5. S. Nakamura, H. Kito, and M. Tanaka, J. Alloys Comp., 574, 275 (1998)