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전이금속 원소가 치환된 준강자성체 T0.2Fe2.8O4(T = V, Cr, Mn) 화합물의 광학적 성질 분석
Analysis on Optical Properties of Transition-metal Substituted Ferromagnetic T0.2Fe2.8O4 (T = V, Cr, Mn) Compounds 원문보기

韓國磁氣學會誌 = Journal of the Korean Magnetics Society, v.21 no.2, 2011년, pp.56 - 60  

김광주 (건국대학교 물리학과)

초록
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준강자성체(ferrimagnet) $Fe_3O_4$를 기반 물질로 하여 주기율표 상에서 Fe와 인접한 전이금속 원소 T(= V, Cr, Mn)가 도핑된 삼원화합물($T_{0.2}Fe_{2.8}O_4$) 박막 시료들을 제작하여 그 광학적 성질을 1~8 eV 범위 내에서 분광타원해석법(spectroscopic ellipsometry)을 이용하여 측정하고 $Fe_3O_4$에서의 결과와 비교하였다. V, Cr, Mn 도핑 시 선호되는 스피넬(spinel) 구조 상의 양이온 자리(site) 및 이온수(ionicity)와 연관된 전자구조 상의 변화에 근거하여 삼원화합물과 $Fe_3O_4$의 흡수 스펙트럼 차이의 원인을 분석하였다. $Fe_3O_4$ 및 전이금속 도핑된 화합물들에서 관측된 광학적 흡수 스펙트럼은 주로 Fe 이온의 d 전자가 관련된 이온 간의 전하이동전이(charge-transfer transition)에 의하여 발생하는 에너지 폭이 넓은 흡수구조들의 기여에 의한 것으로 해석된다. 또한, 흡수 스펙트럼에서 관측된 좁은 에너지 폭의 구조들은 사면체 자리에 존재하는 $Fe^{3+}(d^5)$ 이온 내의 d 전자들에 의한 결정장 전이(crystal-field transition)에 기인한 것으로 해석된다. 이와 같은 전이들과 관련된 전자상태들을 스핀편극된 $Fe_3O_4$ 전자구조를 토대로 기술하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Optical properties of $T_{0.2}Fe_{2.8}O_4$ (T = V, Cr, Mn) thin films derived from ferrimagnetic $Fe_3O_4$ were investigated by spectroscopic ellipsometry in the 1~8 eV photon-energy range. The difference in optical-absorption spectrum between the ternary compounds and $Fe...

주제어

#준강자성체   #광학적 성질   #전자구조   #전하이동 전이   #결정장 전이  

AI 본문요약
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문제 정의

  • T0.2Fe2.8O4(T = V, Cr, Mn) 박막 시료들에 대하여 측정된 유전함수들의 분석을 통하여 광학적 흡수 스펙트럼 상에 나타난 흡수구조 들의 근원을 전자구조와 관련된 전이 메커니즘에 근거하여 이해하고자 하였다. T0.
  • 본 연구에서는 Fe3O4의 적외선-가시광선-자외선 영역(1 eV< E < 8 eV)에서의 흡수 스펙트럼을 설명하여 줄 수 있는 전자 상태들 간의 가능한 광학적 전이(transition) 구조들을 파악하고자 하며, 이를 위하여 주기율표 상에서 Fe와 인접한 V, Cr, Mn 등이 치환된 T0.2Fe2.8O4(T = V, Cr, Mn) 삼원화합물들에 대한 흡수 스펙트럼 조사 및 Fe3O4에서의 결과와 비교 분석을 수행하였다.
  • 화합물들의 광학적 흡수 스펙트럼은 분광 타원해석법(spectroscopic ellipsometry)을 이용한 유전함수(dielectric function) 측정을 통하여 얻어졌다. 이를 통하여 스피넬 구조를 갖는 준강자성체의 광학적 성질과 그 전자구조 간의 상관관계에 관하여 이해하고자 하였다. 분광타원해석 측정을 위한 평탄도 높은 시료를 얻기 위하여 졸-겔(sol-gel) 스핀코팅(spin-coating) 방법을 이용한 박막 시료를 제작하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Fe3O4은 언제, 어떤 형태로 발견되었는가? 마그네타이트(magnetite)라 불리는 Fe3O4는 약 2700년 전 자연적인 광물의 형태로 발견되었으며, 그 자기적 성질은 물질을 구성하는 철 이온들의 준강자성(ferrimagnetism) 스핀 정렬 모형을 토대로 설명되고 있다. Fe3O4는 역스피넬(inverse spinel) 구조를 나타내는데, 격자상수 8.
Fe3O4는 어떤 구조인가? 마그네타이트(magnetite)라 불리는 Fe3O4는 약 2700년 전 자연적인 광물의 형태로 발견되었으며, 그 자기적 성질은 물질을 구성하는 철 이온들의 준강자성(ferrimagnetism) 스핀 정렬 모형을 토대로 설명되고 있다. Fe3O4는 역스피넬(inverse spinel) 구조를 나타내는데, 격자상수 8.398 Å의 면심입방 단위셀 내에 산소(O2−) 이온 4개가 모서리에 존재하는 사면체 자리 8개를 Fe3+ 이온들이 차지하며, O2−이온들이 6개의 모서리에 존재하는 16개의 팔면체 자리들을 Fe2+ 및 Fe3+ 이온들 각 8개가 차지하게 된다. 팔면체 자리들에 존재하는 Fe2+, Fe3+ 이온들은 사면체 자리들에 존재하는 Fe3+ 이온들과 반평행한 스핀 자기 모멘트를 가지게 되어 Fe3O4는 준강자성을 나타내게 된다.
T0.2Fe2.8O4(T = V, Cr, Mn) 박막 시료들 대하여 측정된 유전함수들의 분석을 통하여 광학적 흡수 스펙트럼 상에 나타난 흡수구조 들의 근원을 전자구조와 관련된 전이 메커니즘에 근거하여 이해하고자 한 본 연구의 결과는? 8O4(T = V, Cr, Mn) 박막 시료들에 대하여 측정된 유전함수들의 분석을 통하여 광학적 흡수 스펙트럼 상에 나타난 흡수구조 들의 근원을 전자구조와 관련된 전이 메커니즘에 근거하여 이해하고자 하였다. T0.2Fe2.8O4 시료들에서 관측된 2, 3, 5 eV 근처의 에너지 폭이 큰 흡수구조들은 사면체 자리와 팔면체 자리를 차지한 Fe 이온들의 d 전자들에 의한 전하이동 전이에 의한 것으로 해석된다. 우선 2-eV 구조는 사면체 자리에서 팔면체 자리로 d 전자가 여기 되는 t2→ t2g CT 전이에 의한 것으로 해석되고, 5-eV 구조 또한 같은 방식의 e → eg 전이에 의한 것으로 해석된다. 반면에 2- eV 구조에 비하여 흡수 강도가 줄어든 3-eV 구조는 팔면체 자리에서 사면체 자리로 전하가 여기 되는 eg→ e 전이에 의한 것으로 해석된다. 화합물들의 흡수 스펙트럼 들에서는 CT 전이뿐만 아니라 사면체 자리 Fe3+ 이온 내 d 전자들의 결정장 전이에 의한 흡수 구조도 1.7 및 2.5 eV에서 관측되었다.
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참고문헌 (12)

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