[논문]치환된 YIG계의 구조적 및 자기적 특성

최승한; 이영배

doi:10.3740/mrsk.2003.13.1.048

치환된 YIG계의 구조적 및 자기적 특성
Structural and Magnetic Properties of the Substituted YIG System 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.13 no.1, 2003년, pp.48 - 52

최승한 (경산대학교 자연과학부 전자물리학) , 이영배 (동해대학교 교양학부)

Abstract ▼ AI-Helper

The substituted yttrium iron garnet systems $Y_{ 3-x}$/Gd$_{x}$X$0.2_{0.2}$ $Fe_{4.8}$ $O _{12}$ (x = 0.2, 0.4, 0.6) have been investigated by means of X-ray diffraction, Mossbauer spectroscopy and SQUID. The X-ray diffraction patterns at room temperature confirm the samples to have a single phase of the garnet structure over the whole composition range. The lattice constants of all the samples linearly change with increasing x due to the size of substituted ions in the dodecahedral sites. $Y_{3-x}$ $Gd_{x}$ X$Fe_{4.8}$ $In_{0.2}$ $O_{12}$ system which $Y_{3-x}$ ions are substituted with Gd$^{ 3＋}$ ions, the Mossbauer spectrum consists of three Zeeman sextets at room temperature, one due to the $Fe^{3＋}$ ions on the octahedral(a-) sites and the others due to the $Fe^{3＋}$ ions on the tetrahedral(d-, d'-) sites, respectively. From the hysteresis loop measured by means of SQUID over the whole composition range, the saturation magnetization $M_{s}$ and magnetic moments $\mu_{ B}$ per unit cell have been obtained. The increment of Gd-ion content causes $M_{s}$ and $\mu_{B}$ decrease while the increment of In-ion content does not.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

X-ray 회절 실험으로부터 조성비변화에 따른 결정구조 와 격자상의 변화를 측정하였고, 조성비와 온도변화에 따른 Mossbauer 스펙트럼을 측정 parameter 변화를 분석하여 미시적 자성을 연구하였으며, 5K에서 SQUID를 이용하여 자기이력곡선을 측정 거시적 자성과 자기스핀의 구조를 연구하였다. 또한 Mossbauer 면적비와 X-ray회 절법을 이용하여 양이온의 분포를 결정하고 이론적 격자 상수를 계산하였다.
05/min로 측정하였다. X-선 회절실험을 통하 여 얻은 X-선 회절도는 측정된 Bragg각과 면간격의 값을 해석적 방법을 이용하여 결정구조를 알아냈으며 이에 따른 Miller지수를 정하였다. 또한 Nelson-Riley 방법으로 하는 최소자승법으로 computer fitting 하여 보다 정확한 격자상수값을 얻었다.
YIG에서 dodecahedal site 의 Y, +이온을 Gd, +이온으로 치환시킨 Y*GdxFe4.8lno.20i2 (x = 0.2, 0.4, 0.6)계를 제조하여 구조적 특성과 자기적 특성을 연구하였다.
YxGdxIno.2Fe4.80i2의 시료를 5 K에서 외부자기장 변화에 따른 자기이력곡선(hysterisis loop)을 즉정하였다. 그림 4에서 알 수 있듯이 0.
본 연구에서는 Yttruim iron gamet(YIG)인 YaFesO^ 에서 F* e 자리의 4at%를 In3+으로 치환시키고 Y’+ 자 리를 GcP+으로 다양하게 치환시킨 Y^Gdln^Fe^Ou (X = 0.2, 0.4, 0.6)를 제조하여 치환된 YIG에서의 결정구 조 및 자기적 특성을 좀더 자세히 알기 위해 gamet 구조가 유지되는 조성비영역에서 Mossbauer 분광법과 X- 선 회절법, SQUID 등을 이용 분석하였다.
순도가 99.9% 이상인 Fe2O₃, Gd2O₃, Y2O₃, In2O₃ 분말을 적정 당량비로 혼합하기전 각각의 산화물들이 함유 하고 있는 습기를 건조기 속에서 120°C로 3시간 동안 건조시켜 제거하였다. 또한 시료를 고르게 혼합시키기 위하여 고순도의 에칠 알코올을 첨가해서 각각의 시료들을 마노(agates mortar)로 곱게간 후, 시료에 남아있는 알코올은 완전히 증발시켰다.
제조된 시료의 거시적 자성을 조사하기 위하여 SQUID magnetometer 를 이용하여 온도변화와 외부자기장의 변화에 대한 자기 이력곡선을 측정하였다. 측정온도는 5K였고 10"gauss(lT) 였다.

대상 데이터

Mossbauer spectrum을 얻기 위하여 사용된 분광기는 미국 Austin Science Associate사의 제품을 사용하였으며 r-선원은 rhodium matrix 에 dopping 시킨 57Co source로 강도는 lOmCi이다.
본 연구의 대상인 magnetic iron gamet은 페리자성을 이해하는데 매우 좋은 연구의 대*) 상이며 그중에서도 Yttruim iron gamet(YIG)인 YaFesO^은 I960년을 전후로 새로운 페리자성 물질로서 주목을 받아왔다. 또한 S.
실험에 사용한 X-선 회절기는 Rigaku사의 A-UI model 이며 X-선원 Cu-Ka(2= 1.5418A)을 이용하였다. 분말법 (powder method)에 의해 결정구조를 밝혔으며 scanning velocity는 0.

이론/모형

X-ray 회절 실험으로부터 조성비변화에 따른 결정구조 와 격자상의 변화를 측정하였고, 조성비와 온도변화에 따른 Mossbauer 스펙트럼을 측정 parameter 변화를 분석하여 미시적 자성을 연구하였으며, 5K에서 SQUID를 이용하여 자기이력곡선을 측정 거시적 자성과 자기스핀의 구조를 연구하였다. 또한 Mossbauer 면적비와 X-ray회 절법을 이용하여 양이온의 분포를 결정하고 이론적 격자 상수를 계산하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
X-선 회절실험을 통하 여 얻은 X-선 회절도는 측정된 Bragg각과 면간격의 값을 해석적 방법을 이용하여 결정구조를 알아냈으며 이에 따른 Miller지수를 정하였다. 또한 Nelson-Riley 방법으로 하는 최소자승법으로 computer fitting 하여 보다 정확한 격자상수값을 얻었다.
5418A)을 이용하였다. 분말법 (powder method)에 의해 결정구조를 밝혔으며 scanning velocity는 0.05/min로 측정하였다. X-선 회절실험을 통하 여 얻은 X-선 회절도는 측정된 Bragg각과 면간격의 값을 해석적 방법을 이용하여 결정구조를 알아냈으며 이에 따른 Miller지수를 정하였다.
즉 순수한 YIG와 같은 단일상의 cubic gainet구조임을 알 수 있었다. 이 결정구조에 대한 Miller지수는 격자상수식 ⑴과 (2)를 이용하여 정하였다.

성능/효과

1) 제조된 시료 모두는 garnet 구조를 가지며 이온반 경이 큰 +의 치환량이 증가함에 따라 격자상수가 증 가하였다.
2) Mossbauer 스펙트럼은 YMGdJn^Fe^OD계에서 Gd3+ 치환시 d-site에서만 분리된 spectrum이 나타났다. 이것은 c-site 자리에 치환되어 들어가 이온반경이 상대적으로 크거나 작은 이온(In3+, Fe, +)들은 격자내 존재하는 부격 자들의 비등방정 도를 결정학적으로 심화시 키지 만 크기가 유사한 G(F+의 치환은 주변의 부격자와 자기적 상호작용을 통해 새로운 site를 출현시키는 것으로 생각 된다.
그러나 시료의 조성 성분, 구조, 온도, 압력 및 제작과정 등에 따라 다양한 자기적 특성이 나타난다.2)페라이트의 사용 분야는 응용원리에 따라 매우 광범위하여 전자산업 전반에 이용되고 있으며 그 응용기술과 용도 역시 매우 빠른 속도로 다양해 졌다.3, 4) 또한 금속계 자석보다 여러 측면에서 유리한 점이 있으므로 이 분야의 기술 개발과 기초연구과제로서의 중요성이 매우 높다.
현재까지 연구된 페리자성 체에 관한 연구를 살펴보면, "9)canted spin state 는 high field magnetization 측정, 외부 자기장하에서 Mossbauer 분광실험, 중성자 회절실험 등으로 직접적인 확인이 가능한 것으로 알려져 있다.20) 이때의 spin canting 조건은 사면체 자리에서 dilution이 약 60% 이상일 때 가능하며 팔면체 자리에서는 약 35%를 넘을 때 가능한 것으로 밝혀져 있다.21) 이상에서와 같이 모든 시료가 비교적 낮은 외부자기장하에서 완전한 포화자화를 이루었고 비록 계산치와 약간의 차이를 보이나, Neel 의 collinear hodel에 의한 자기모멘트 값이 거의 일치하였다.
20) 이때의 spin canting 조건은 사면체 자리에서 dilution이 약 60% 이상일 때 가능하며 팔면체 자리에서는 약 35%를 넘을 때 가능한 것으로 밝혀져 있다.21) 이상에서와 같이 모든 시료가 비교적 낮은 외부자기장하에서 완전한 포화자화를 이루었고 비록 계산치와 약간의 차이를 보이나, Neel 의 collinear hodel에 의한 자기모멘트 값이 거의 일치하였다. 또 이온의 치환범위가 일반적이 spin canting 이 가능한 조성 범위를 넘고 있지 않으므로 Y3-xGdxIno.
3) Y3.xGdxIn0.2Fe4.8O₁₂ 시료를 약 5 K에서 자기이력곡 선을 측정하여, 0K에서 Neel model에 의한 계산값과 측정치를 비교하여 collinear spin structure 를 가짐을 알 아냈다.
Table 1에서 알 수있듯이 격자상수의 계산값과 실험값 이 거의 일치하였다. 따라서 조성된시료는 전형적인 YIG 구조를 유지하고 있음을 알 수 있다.
본 시료에서는 조성비 변화에 따라 a-site(팔면체자리) 에서의 spectrum의 분리는 나타나지않고 d-site(사면체자 리)에서만 분리가 일어나 Fe3+에 의한 a-, d-, cf-site의 세 개의 Zeeman pattern이 나타나고 있다. 또한 전 조성비에서의 면적비 (Ad+Ad')/Aa는 약 1.6정도로 순수 YIG의 면적비 보다는 약간 크게 나타났다. 이는 a-site 의 면적이 상대적으로 약간 줄어든 것으로서 Ii?+이 a- site 를 점유하고 있음을 증명한다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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