초록 ▼

□연구의 목적 및 내용
TbMn2O5는 엇맞음 자기정렬 구조의 기저상태를 갖는 매우 특수한 저온 상전이를 보이며, 높은 온도 이맞음 자기구조 상태에서 발현된 유전분극의 크기가 저온 이맞음 자기정렬 상에서 급격히 줄어든다. 본 연구의 목적은 위 물질에서 존재하는 Mn³⁺와 Mn⁴⁺ 이온의 상호작용과 이것의 변형이 이맞음(commensurate)-엇맞음 상변이에 주는 영향을 연구하고, 저온 엇맞음 자기구조가 기저 상태로 존재하는 원인을 분석하는데 있다. 또한 도핑에 의해 변화된 자기구조를 분

□연구의 목적 및 내용
TbMn2O5는 엇맞음 자기정렬 구조의 기저상태를 갖는 매우 특수한 저온 상전이를 보이며, 높은 온도 이맞음 자기구조 상태에서 발현된 유전분극의 크기가 저온 이맞음 자기정렬 상에서 급격히 줄어든다. 본 연구의 목적은 위 물질에서 존재하는 Mn³⁺와 Mn⁴⁺ 이온의 상호작용과 이것의 변형이 이맞음(commensurate)-엇맞음 상변이에 주는 영향을 연구하고, 저온 엇맞음 자기구조가 기저 상태로 존재하는 원인을 분석하는데 있다. 또한 도핑에 의해 변화된 자기구조를 분석하여, 저온 엇맞음 자기정렬이 유전분극에 미치는 영향을 이해하려는데 목적이 있다.

□연구결과
TbMn_1.7Fe_0.3O₅ 단결정 물질을 합성하였고, 온도에 따른 유전상수와 유전분극, 그리고 비열을 측정하여 TbMn₂ O₅ 에서 나타나는 저온 반-강유전성이 치환된 시료에는 전혀 나타나지 않았으나, 결정학적 a방향으로 자기장이 가해졌을 때 TbMn₂O₅에서 나타나는 저온반-강유전성이 다시 발현되어, TbMn_1.7Fe_0.3O₅ 물질에서 저온 반-강유전성 상전이가 자기 이온의 치환과 외부 자기장으로 조절될 수 있음을 보였다.
중성자 회절 실험을 통하여 외부 자기장이 없을 때 (0.5, 0, 0.25)의 이맞음 전파벡터 k가 TN이하 저온까지 계속 존재하는 것을 확인하였고, 이와 동시에 엇맞음 전파벡터 k가 (0.53, 0, 0.25)로 공존하며 온도가 감소함에 따라 그 값이 (0.53, 0, 0,27)로 변하는 것을 발견하였다. 따라서 저온 유전분극 감소의 부재는 Mn이온의 Fe 이온으로의 치환으로 인해 이맞음 자기구조와 엇맞음 자기구조의 공존에 의해 나타난 것임을 확인할 수 있었다. 여기서 저온 엇맞음 전파벡터의 적분강도가 약하게 나타났다.
또한 외부 자기장에 의해 24 K 이하에서 엇맞음 전파벡터의 적분강도는 강화되고 이맞음 자기회절반점의 적분강도는 완전히 억제되는 것을 발견하였다. 따라서, Mn⁴⁺ 와 Mn³⁺중 Mn³⁺를 선택적으로 Fe³⁺로 치환함으로 써, 이맞음 자기구조와 엇맞음 자기구조는 서로 반대방향의 유전분극을 유발하며 두 자기구조 중 주도적인 자기구조에 의해 TbMn_1.7Fe_0.3O₅에서 거시적으로 나타나는 유전분극의 방향이 결정됨을 알 수 있었다.

□연구결과의 활용계획
자기구조의 상태변화가 유전분극에 미치는 영향에 대한 보다 정밀한 분석은, 자기적 다강체 현상을 이해하는데 큰 도움이 될 수 있다. 또한 다강체의 강유전 상 변화를 이온 치환과 자기장에 의해 조절함으로써 다강체의 응용에 보다 많은 자유도를 부여할 수 있을 것이다.
단결정 다강체를 직접 합성함으로써 단결정 신소재 제작에 대한 기술을 확보하고, 전기적, 자기적 다강체 분석법을 축적한 고급 인력의 양성을 기대할 수 있다. 세계적으로 연구가 활발한 다강체에 대해 학부 학생의 흥미를 유발하여 실험 참여를 유도하고 연구 활동에 참여시킴으로써 학생들에게 국제적인 연구 감각을 초기에 불러일으킬 수 있을 것이다.
(출처:요약문 4p)

Abstract ▼

□ Purpose& contents
One of the renowned multiferroic TbMn₂O₅ shows a peculiar low temperature incommensurate magnetic phase at which the steep reduction of the ferroelectric polarization occurs. The purpose of the current research is to investigate the role of the Mn^3+<

□ Purpose& contents
One of the renowned multiferroic TbMn₂O₅ shows a peculiar low temperature incommensurate magnetic phase at which the steep reduction of the ferroelectric polarization occurs. The purpose of the current research is to investigate the role of the Mn³⁺and Mn⁴⁺ ions for the emerged ferroelectricity and to find the it’s relation to the low temperature incommensurate phase in the 125 materials.

□ Result
We successfully synthesized single crystalline TbMn_1.7Fe_0.3O₅ samples and measured the temperature dependence of the dielectric constants, polarizations and the heat capacity. The results shows that the well known low temperature antiferroelectric transition in the pure TbMn₂O₅is absent in the Fe substituted samples. However, the low temperature antiferroelectric phase re-emerges when the magnetic field is applied along the a-axis.
Neutron diffraction data show that the commensurate magnetic phase with k=(0.5, 0, 0.25) below the TN persists down to lowest temperature in TbMn_1.7Fe_0.3O₅. Interestingly, the incommensurate magnetic phase with k=(0.5, 0, 0.25~0.27) also exists at the low temperature, although the intensity is low.
When the H//a is applied, below the 24 K, the integrated intensity of the incommensurate phase enhances while the commensurate phase intensity is suppressed. This result indicates that when the Mn³⁺ ions are selectively substituted by the Fe³⁺ ions the one of the dominant magnetic phases determines the low temperature ferroelectric phase, which turns out that the two electric phases are strongly correlated to the two magnetic phases individually.

□ Expected Contribution
The detailed investigation of the role and the interrelation between the magn eticphase and the ferroelectric polarization will provide prominent clues to better understand the origin of the magnetic multiferroics. The magnetic and chemical control of the ferroelectric phases in the multiferroic will provide more degrees of freedom toward the applications of the novel materials.
By synthesizing the novel single crystalline multiferroics and learning the electrical and magnetic analyses, we can expect the advanced human resources with the advanced analytical skills. By participating in the worldwide research activities of multiferroics in the early stage, we may evoke the international research sense also to the undergraduate students.
(출처:Summary 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 2연구계획 요약문 ... 3연구결과 요약문 ... 4 한글요약문 ... 4 SUMMARY ... 5연구내용 및 결과 ... 6 1. 연구개발과제의 개요 ... 6 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 11 5. 연구결과의 활용계획 ... 11 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 12 7. 참고문헌 ... 12 8. 연구성과 ... 12 9. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 14 10. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 14 11. 기타사항 ... 15끝페이지 ... 15