Structural and Magnetic Properties of Fe Doped CuO

Pure and Fe-doped CuO thin-film and powder samples were prepared using a sol-gel method. Undoped CuO films exhibited monoclinic structure and p-type electrical conductivity $(\~10^{-2}\;{\Omega^{-1}\;cm^{-1}$ due to copper deficiency. On the other hand, CuO: Fe films were found to be insulating and Li doping on the films led to a restoration of p-type conductivity and a ferromagnetic hysteresis behaviour at room temperature. The observed properties far the CuO : Fe, Li films can be explained in terms of hole creation by substitution of $Li^+$ for $Cu^{2+}$ sites and mediation of long-range interactions between $Fe^{3+}$ ions by the $Li^+$-induced defect states. CuO: Fe powders exhibited a ferromagnetism at room temperature with its strength being dependent on post-annealing temperature. Mossbauer measurements on the CuO: Fe films and powders revealed that the octahedral $Cu^{2+}$ sites are mostly substituted by $Fe^{3+}$ ions.

Fe 첨가된 CuO의 구조적, 자기적 특성

졸-겔 방법을 이용하여 Fe첨가된 CuO박막 및 파우더 시료들을 제작하여 그 구조적, 전기적, 자기적 특성들을 순수한 CuO에서와 비교 분석하였다 순수한 CuO 박막은 monoclinic 구조를 가지며 상온에서 Cu 결핍으로 인한 p-type 전기전도성$(\~10^{-2}\;{\Omega^{-1}\;cm^{-1}$을 나타내었다 반면에 CuO:Fe박막은 부도체 성질을 나타내었고, 소량의 Li첨가에 의하여 p-type전도성 및 상온 강자성(ferromagnetism)을 나타내었다. 이와 같은 CuO: Fe, Li박막에서 나타난 결과는 $Li^+$ 이온의 $Cu^{2+}$ 자리 치환으로 인한 hole생성으로 전도성이 증대됨과 동시에 그 defect상태를 매개로 한 $Fe^{3+}$ 이온들간의 원거리 상호작용(long-range interaction)에 의한 강자성 효과의 증대에 기인한 것으로 해석된다. CuO: Fe파우더의 경우 박막에서와 비교하여 증대된 강자성을 나타내는데, 후열처리 온도의 증가가 자기 모멘트의 증대에 기여하였다. 뫼스바우어 측정을 통하여 CuO: Fe박막 및 파우더에서 주로 $Fe^{3+}$ 이온이 팔면체 $Cu^{2+}$ 자리를 치환하였음을 알 수 있었다.