بررسی خواص ساختاری و مغناطیسی نانوذرات فریت بیسموت با جانشانی دوگانه لانتانیوم و باریم

نویسندگان

دانشگاه سمنان

چکیده

در این پژوهش نانو ذرات Bi1-x-yBayLaxFeO3 (BByLxFO) با مقادیر 10/0 ، 05/0 ،0/0 x =  و 15/0 ، 0/0 y =،  به روش سل- ژل سنتز شده‌اند. ویژگی های ساختاری، میکروساختاری و مغناطیسی این نانو ذرات به ترتیب توسط پراش پرتو ایکس(XRD) ، میکروسکوپ الکترونی نشرمیدان (FE-SEM)، طیف سنجی تبدیل فوریه (FTIR) و مغناطش سنجی نمونه نوسانی (VSM) در دمای اتاق مورد بررسی قرار گرفته است. برازش الگوی پراش پرتو ایکس این ترکیبات نشان داد که یک گذار ساختاری از فاز لوزی رخ به فاز هم زیست لوزی رخ-چهارگوشی در این ترکیب‌ها رخ داده است. همچنین با برازش انجام شده ثابت‌های شبکه و حجم یاخته یکه این ترکیب‌ها تعیین شد. علاوه بر این، آنالیز  FTIR، ساختار پروسکایت این ترکیبات را نیز تایید می‌کند. تصویر‌های FE-SEM نشان می‌دهد که با افزایش غلظت لانتانیوم اندازه­ی نانوذرات کاهش یافته است. حلقه­ی پسماند نانوپودرهای BByLyFO رفتار فرومغناطیسی ازخود نشان می‌دهند که می‌تواند بخاطر از بین رفتن ساختار اسپین چرخان در اثر جانشانی باریم و لانتانیوم باشد. به علاوه مقدار مغناطش باقی مانده­ی ترکیب BB0.15L0.1FO، emu/g) 166/1 Mr =) نسبت به ترکیب BB0.15L0FO، emu/g) 514/0Mr =) تقریبا دو و نیم برابر شده است.  افزایش خواص مغناطیسی در دمای اتاق می‌تواند نقش مهمی در کاربردهای عملی این ترکیبات ایفاء کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study of structural and magnetic properties of BiFeO3 nanoparticles co-doped with Ba and La

چکیده [English]

In this research, nanoparticles Bi1-x-yBayLaxFeO3 (BByLxFO (with values
(x = 0.0, 0.05, 0.1) and (y = 0.0, 0.15) synthesized by a sol–gel  method. The structural, microstructural and magnetic properties have been investigated, using X-ray diffraction, Raman scattering, field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), FTIR  spectroscopy, and magnetometry measurements at room temperature. The refinement of X-ray diffraction pattern of samples indicates a phase transition from rhombohedral (R3c) to rhombohedral-tetragonal. In addition, The refinement of X-ray Assigned  lattice parameters and unit cell volume.  Analysis of FT-IR confirmed Perovskite structure of samples. The FE-SEM analysis show nanoparticle size it decreases with La  concentration. Finally, the hysteresis loop of nanoparticle BByLyFO shows ferromagnetic behavior, that may be attributed to the collapse of spin structure and modifying exchange interactions because of La+3  and Ba+2 co-doping. The remenant  magnetization of  BB0.15L0.1FO sample (Mr = 1.166 emu/g) is approximately two and half times greater than that of  BB0.15L0FO (Mr = 0.514 emu/g). This enhancement in magnetic properties at room temperature can play an important role for the practical applications.

کلیدواژه‌ها [English]

  • BiFeO3
  • sol–gel
  • magnetization
  • Nanoparticles
[1] Schmid H., "Multi-ferroic magnetoelectrics", Ferroelectrics, 162, pp. 317–338 1994

[2] Schmid H., "Some symmetry aspects of ferroics and single phasemultiferroics", J. Phys: Cond Matter, 20, pp. 434201–434225, 2008.

[3] Eerenstein W., Mathur N. D., Scott J. F.. "Multiferroic and magnetoelectric materials", Nature, 442 (2006) 759.

[4] Khomskii D. I., J. Magn. Magn. Mater. "Multiferroics: different ways to combine magnetism and ferroelectricity", 306 (2006) 1.

[5] Catalan G., Scott J.F., "Physics and applications of bismuth Ferrite , Advanced Materials", 21 (2009) 2463-2485.

[6] Smolensky G.A., Isupov V.A., Agronovskaya A.I., "New ferroelectrics of complex composition of the type, A2+2(BI+2 BII+5)O6 ", Sov. Phys. Solid State, 1 pp. 150-151 (1959).

[7] Ruette B., Zvyagin S., Pyatakov A.P., Bush A., Li J.F., Belotelov V.I., Zvezdin A.K.,

Viehland D., "Magneticfield-induced phase transition in BiFeO3 observed by high-fieldelectron spin", resonance: Cycloidal to homogeneous spin order, Phys. Rev. B. 69 (2004)064114-20.

[8] Lotey G.S., Verma. N.K., "Multiferroism in rare earth metals-doped BiFeO3 nanowires, Superlattices and Microstructures", 60(2013) 60-6.

[9] Sunil Chauhan, Manisha Arora, Sati P.C., Sandeep Chhoker, Katyal S.C., Manoj Kumar, ".Structural, vibrational, optical, magnetic and dielectric properties of Bi1_xBaxFeO3 nanoparticles", 39 (2013) 6399–6405.

[10] Wei W., Xuan H., Wang L., Zhang Y., Shen K., Wang D., Qiu T., Xu Q., Physica B. "Structural, Magnetic, Optical and Electrical Properties of Ba Substituted BiFeO3", 407 (2012) 2243.

[11] Naeimi A.S., Dehghan E., Sanavi Khoshnoud D., Gholizadeh A., "Enhancment of ferromagnetism in Ba and Er co-doped BiFeO3 nanoparticles", Journal of Magnetism and Magnetic Materials 393 (2015) 502–507.

[12] Wu Y. J., Zhang J., Chen X. K., Chen X. J., "Phase evolution and magnetic property of powders. Solid State Communications", 151 (2011) 1936.

[13] Priyadharsini P., Pradeep A., Sathyamoorthy B., Chandrasekaran G., "Enhanced multiferroic properties in La and Ce co-doped BiFeO3 nanoparticles", 75(2014)797–802.

[14] Basiri M.H., Shokrollahi H., Isapour Gh., "Effects of La content on the magnetic, electric and structural propertiesof BiFeO3", Journal of Magnetism and Magnetic Materials 354 (2014) 184–189.

[15] Andoulsi R., Horchani-Naifer K., Férid M., "Structural and electrical properties of calcium substituted lanthanum ferrite powders, Powder Technology", 230 (2012) 183-187.

[16] Cheng Z., Li A., Wang X., Dou S.X., Ozawa K., Kimura H., Zhang S., Shrout T.R., "Structure, ferroelectric properties, and magnetic properties of the La-doped bismuth ferrite", Journal of Applied Physics, 103 (2008) 07E507-507E507-503.

[17] H. L. SuY. Xie, Li B., Liu X. M., Qian Y. T., "A novel one-step solvothernal route to nanocrystalline", Sn4P3, Journal of Solid State Chemistry 146(1999) 110-113.

[18] Yu Z., Wen W., Dechang J., Feng Y., "Synthesis of SrBi2Ta2O9 nanocrystalline powder by a modified sol-gel materials Chemistry and Physics", 77 (2002) 60-64.

[19] Lide D. R., CRC Handbook of Chemistry and Physics, 83rd ed, CRC press , USA, 2002-2003

[20] Izabela Szafraniak-Wizaa, Bartłomiej Andrzejewskib, Bożena Hilczer, "Magnetic Properties of Bismuth Ferrite Nanopowder Obtained by Mechano chemical Synthesis", 5, PL-60965 Poznań, Poland.

[21] Pradhan S. k., Roul B.K., "Improvement of multiferroic and leakage property in monophasic BiFeO3", Physical B, 406 (2011) 3313.

[22] Dey K., Majumdar S., Giri S., "Structural correlation to magnetodielectricity and coercivity at room temperature in multiferroic Bi0.7Ba0.3-xPbxFeO3", Acta Materialia 61 (2013) 379.