Magnetyczne i spektroskopowe właściwości układów Fe-M-V-O (M= Co, Cu, Mg, Mn i Zn) mgr inż. Grzegorz Żołnierkiewicz promotor prof. dr hab. Niko Guskos Instytut Fizyki Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie

Plan wystąpienia - Metody syntezy Zestawienie wykonanych pomiarów Struktura na podstawie wyników badań dyfrakcji neutronów Wyniki pomiarów podatności magnetycznej Wyniki pomiarów zależności widm EPR (f=9.46 GHz) od temperatury oraz interpretacja parametrów opisujących to widmo - Podsumowanie

Reakcja syntezy Z tlenków w atmosferze powietrza 3 MO + 2 Fe2O3 + 3 V2O5 = M3Fe4(VO4)6 Z wanadanów w atmosferze powietrza 4 FeVO4 + M3(VO4)2 = M3Fe4(VO4)6

Procedura syntezy Składniki są mielone, prasowane w pastylki i ogrzewane. Następnie ponownie mielone, prasowane w pastylki i ogrzewane, procedura ta jest powtarzana kilkakrotnie. W każdym następnym procesie próbka jest ogrzewana do wyższej temperatury.

Podatność magnetyczna związku w zakresie temperatur 5 - 300 K została zbadana w Instytucie Fizyki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie

Pomiary dyfrakcji neutronów dla związków Mg3Fe4V6O24 , Mn3Fe4V6O24 i Zn3Fe4V6O24 dla temperatur 10 K i 290 K wykonano w Frank Laboratory of Neutron Physics, Dubna, Russia

Na podstawie współrzędnych atomów w komórce elementarnej uzyskanych z wyników pomiarów dyfrakcji neutronów wykonano wizualizację struktur związków. Struktura zostanie przedstawiona na przykładzie związku Mn3Fe4V6O24.

Związki M3Fe4V6O24 krystalizują w trójskośnej grupie przestrzennej P-1. W ich strukturze można wyróżnić następujące elementy: wielościany M(1)O6 (oznaczone jako Mn1) bipiramidy trygonalne M(2)O5 (oznaczone jako Mn2) ośmiościany M(3) O6 i M(4) O6 (oznaczone jako Fe1 i Fe2) izolowane czworościany VO4 M(1)=100% Mn M(2)= 80% Mn M(3)= 96% Fe M(4)= 84% Fe

Różne otoczenie dimerów żelaza Α.Bezkrovnyi, G.Zolnierkiewicz, et al. Materials Science –Poland, Vol. 23, No. 4 (2005) 883.

Wzajemne położenie i połączenie dimerów żelaza

Podatność magnetyczna χ Χ – określa odpowiedź materiału na przyłożone pole magnetyczne Ha M – moment magnetyczny przypadający na jednostkę objętości indukowany w materiale przez przyłożone pole Ha

Prawo Curie-Weissa C – stała Curie θ – temperatura Curie-Weissa uporządkowanie: paramagnetycze θ=0 ferromagnetyczne θ >0 antyferromagnetyczne θ < 0

Wyniki pomiarów podatności magnetycznej dla związku

Zjawisko elektronowego rezonansu magnetycznego Widmo absorpcji Pochodna widma absorpcji © C. Rudowicz

Elektronowy Rezonans Paramagnetyczny warunek rezonansu różnica energii pomiędzy rozszczepionymi poziomami energetycznymi energia kwantu promieniowania h – stała Plancka ν – częstotliwość promieniowania g – współczynnik rozczepienia Zeemanowskiego (2.0023 dla swobodnego elektronu) μB – magneton Bohra B – przyłożone magnetyczne pole rezonansowe

Kształt widma EPR 9.46 GHz w temperaturze 290 K Parametry: - pole rezonansowe - szerokość linii widmowej - amplituda linii widmowej - częstotliwość mikrofali - kształt linii widmowej N.Guskos, G. Zolnierkiewicz et al. Materials Science-Poland, Vol. 23, No. 4, (2005) 923

Wyniki badań EPR 9.46 GHz w zakresie temperatur 90 – 290K

w zakresie temperatur 90 – 290K Wyniki badań EPR 9.46 GHz w zakresie temperatur 90 – 290K

Wyniki badań EPR 9.46 GHz w zakresie temperatur 90 – 290K

Wyniki badań EPR 9.46 GHz w zakresie temperatur 90 – 290K

Wyniki badań EPR 9.46 GHz w zakresie temperatur 90 – 290K Iint=Amp*(dH)2 - proporcjonalna do statycznej podatności magnetycznej próbki

Wyniki badań EPR 9.46 GHz w zakresie temperatur 90 – 290K

Wyniki badań EPR 9.46 GHz w zakresie temperatur 90 – 290K T*Iint - proporcjonalny do kwadratu efektywnego momentu magnetycznego próbki

Dla swobodnego elektronu parametr g = 2.0023. W badanych związkach wartość parametru g różni się od tej wartości co świadczy o wpływie wewnętrznego pola magnetycznego Bint zmieniającego warunki rezonansu.

Odległość w nm pomiedzy jonami żelaza (III) Wartości gradientu ΔBr/ ΔT [mT/K] dla dwóch różnych zakresów temperatur Związek Mg3Fe4V6O24 Cu3Fe4V6O24 Zn3Fe4V6O24 Mn3Fe4V6O24 260-290 K zakres temp. 0.027 0.017 0.015 0.010 90-150 K - 0.032 - 0.030 - 0.023 - 0.015 Odległość w nm pomiedzy jonami żelaza (III) Związek Mg3Fe4V6O24 Cu3Fe4V6O24 Zn3Fe4V6O24 Mn3Fe4V6O24 d11= dFe1-Fe1 0.3066 0.3095 0.3117 0.3347 d22= dFe2-Fe2 0.3193 0.3152 0.3192 0.3153 Δd =d11-d22 -0.0127 -0.0057 -0.0075 0.0194

Korelacja odległości pomiędzy jonami żelaza a gradientem ΔBr/ ΔT

Wyniki badań EPR w zakresie temperatur 20 – 180K dla związku Mg3Fe4V6O24

Wnioski Pomiary dyfrakcji neutronów wykazały istnienie dwóch współistniejących podsieci magnetycznych Zamiana jonu nie magnetycznego na jon magnetyczny powoduje bardziej złożony układ magnetyczny Pomiary EPR i magnetyczne wskazują na dążenie do powstawania uporządkowania antyferromagnetycznego w wysokich temperaturach Zaobserwowano istnienie współzawodnictwa oddziaływań magnetycznych

Dziękuję za uwagę