Структурні, електричні та магнітні властивості заміщених наночастинок оксиду пірохлору, синтезованих методом спільного осадження

Автор(и)

  • М.Б. Ханвілкар Державний університет Пунe
  • А.К. Нікумбх Державний університет Пунe
  • С.М. Патанге Коледж Шрікрішна Махавідялая у Гунджоті
  • Р.А. Павар Державний університет Пунe
  • Н.Й. Карале Державний університет Пунe
  • Д.В. Нігхот Державний університет Пунe
  • П.А. Нагвуад Державний університет Пунe
  • М.Д. Сангале Державний університет Пунe
  • Г.С. Гугале Державний університет Пунe

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.22.2.353-371

Ключові слова:

заміщені оксиди пірохлорного типу, феромагнетизм, електропровідність, намагніченість, обмінна взаємодія, спільне осадження

Анотація

Методом спільного осадження синтезовано п'ять заміщених нанооксидів пірохлору: Nd1.9Ho0.1Zr1.8Ce0.2O7, La1.95Ce0.05Zr0.29Ce1.71O7, Y1.79Pr0.21Ru1.99Pr0.01O7, Dy1.9Yb0.1Mn1.93Cu0.07O7 and Dy1.99Sr0.01Sn2O7. Прекурсори контролювали термічними дослідженнями (TGA-DTA). Приготовані нанорозмірні заміщені оксиди пірохлору вивчалт за допомогою EDS, XRD, SEM, TEM, а також досліджували електропровідність, термоелектричну потужність, ефект Холла, діелектричні властивості та вимірювання намагніченості. За допомогою XRD підтверджено утворення однофазних кристалічно заміщених пірохлорів з кубічною природою наночастинок. Для всіх заміщених сполук була прийнята стабільна пірохлорна структура із rA3+/rB4+ = 1.395, за винятком сполуки La1.95Ce0.05Zr0.29Ce1.71O7, для якої rA3+/rB4+ = 1.175, що вказує на порушення пірохлорної структури (тобто флюоритової структури). Температурна залежність електричної провідності для всіх заміщених пірохлорів має два чіткі нахили з розривом. Цей розрив можна віднести до суто напівпровідникових властивостей. Вимірювання термоелектричної потужності та ефекту Холла для всіх сполук підтвердили p-типу для всіх напівпровідників, окрім сполуки Y1.79Pr0.21Ru1.99Pr0.01O7, і яка характеризувалася n-типом провідності. Діелектрична проникність (ε’) та діелектричні втрати (tan δ) коефіцієнта дисипації зменшуються зі збільшенням частот і досягненням постійного значення за певних частот. Застосована польова залежність кривої намагніченості при кімнатній температурі (300 К) для Nd1.9Ho0.1Zr1.8Ce0.2O7, Y1.79Pr0.21Ru1.99Pr0.01O7 та Dy1.9Yb0.1Mn1.93Cu0.07O7, показала петлю гістерезису із петлею з невеликим зламом, який можна віднести до малого, але певного феромагнітного впорядкування поряд із значними парамагнітними та суперпарамагнітними компонентами Намагніченість при 2K показала чіткий цикл гістерезису для пірохлорів Dy1.9Yb0.1Mn1.93Cu0.07O7 та Dy1.99Sr0.01Sn2O7, які можна вважати слабкими феромагнетиками.

Посилання

J.E. Greedan, J. Mater. Chem. 11, 37 (2001); https://doi.org/10.1039/B003682J.

M.A. Subramanian, A.W. Sleight, Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earth 16, 225 (1993).

F. Brisse and O. Knop, Canadian. J. Chem. 45, 609 (1967); https://doi.org/10.1139/v67-101.

K.R. Whittle, L.M.D. Cranswick, S.A.T. Redfern, I.P. Swainson and G.R. Lumpkin, S. Solid State Chem. 182, 442 (2009); https://doi.org/10.1016/j.jssc.2008.11.008.

M. Pirzda, R. W. Grimes and L. Minervini, Solid State Ionics 140, 201 (2001); https://doi.org/10.1016/S0167-2738(00)00836-5.

E. Reymolds, P.E.R. Blamshard, Q. Zhou and B.J. Kennady. Phys. Rev. B. 85, 132101 (2012); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.85.132101.

J. Lian, J. Chen, L. M. Wang, R. C. Ewing, J. M. Farmer, L. A. Boatner and K. B. Helean, Phys. Rev. B 68, 134107 (2003); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.68.134107.

B.P. Mandal, P.S.R. Krishna and A.K. Tyagi, J. Solid State Chem. 183, 41 (2010); https://doi.org/10.1016/j.jssc.2009.10.010.

J.B. Goodenough and R.N. Castellano, J. Solid State Chem. 44, 108 (1982); https://doi.org/10.1016/0022-4596(82)90406-6.

M. Fathi Dehkharghani, M.R. Rahimipour and M. Zaheri, Surface and coatings Technology 399, 126174 (2020); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.126174.

M. Malathi, K.Sreenu, G. Ravi, P. Vijaya kumar, C.S. Reddy, R. Guje, R. Velchuri and M. Vithal. J. Chem. Sci. 129(8), 1193 (2017); https://doi.org/10.1007/s12039-017-1321-3.

S. Khademinia, M. Behzad, Intr. Nano. Lett. 5, 101 (2015); https://doi.org/10.1007/s40089-015-0143-x.

S.V. Wang, B.D. Begg and L.M. Wang, J. Mater. Res. 14(12), 4470 (1999); https://doi.org/10.1557/JMR.1999.0606.

N. Sharma, G.V. Subbarao and B.V.R. Chowdari, J. Power Sources 159, 340 (2006); https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2006.04.050.

D. Jin, X. Yu and H. Yang, J. Alloy. Com. 474(1-2), 557 (2009); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2008.06.159.

J. Wu, X.Z. Wei, N.P. Padture, P.G. Klements, M. Gell, E. Garcia, P. Miranzo and M.I. Osendi, J. Am. Ceram. Soc. 85, 3031 (2002); https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2002.tb00574.x.

L. Minervini and R.W. Grimes, J. Am. Ceram. Soc. 83(8), 1873 (2000); https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2000.tb01484.x.

M.P. Van Dijk, K.J. De Vries and A.J. Burggraaf, Solid State Ionics 9(10), 913 (1983); https://doi.org/10.1016/0167-2738(83)90110-8.

M.R. Winter and D.R. Clarke, J. Am. Ceram. Soc. 90(2), 533 (2007); https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2006.01410.x.

F.W. Poulsen, M. Glerup and P. Holtappels, Solid State Ionics 135, 595 (2000); https://doi.org/10.1016/S0167-2738(00)00417-3.

K. Chitrarasu, S. Amirthapadia, P. Jegadesan and P. Thangadurai, Mater.Lett. 289, 4 (2018.

J.M. Longo, P.M. Raccah and J.B. Goodenough, Mater. Res. Bull. 4, 191 (1969); https://doi.org/10.1016/0025-5408(69)90056-7.

R. Kanno, Y. Takeda, T. Yamanoto, Y. Kawamoto and O. Yamamoto, J. Solid State Chem. 102, 106 (1993); https://doi.org/10.1006/jssc.1993.1012.

M. Field, B.J. Kennedy and B.A. Hunter, J. Solid State Chem. 151, 25 (2000); https://doi.org/10.1006/jssc.1999.8608.

N. Taira, M. Wakeshima and Y. Hinatsu, J. Solid State Chem. 144, 216 (1999); https://doi.org/10.1006/jssc.1998.8113.

M.D.R. Marques, F.S. Portela, A.A.M. Oliveira, P. Barrozo, N.O. Moreno, P.C.A. Brito and J.A. Aquiar, Physica B 407, 3106 (2012); https://doi.org/10.1016/j.physb.2011.12.037.

C. Abate, V. Esposito, K. Duncan, J.C. Nino, D.M. Gattia, E.D. Wachsman and E. Traversa, J. Am. Ceram. Soc. 93(7), 1970 (2010); https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2010.03666.x.

N. Taira, M. Wakeshima and Y. Hinatsu, J. Mater. Chem. 12, 148 (2002); https://doi.org/10.1039/B105179M.

Q. Cui, N.N. Wang, N. Su, Y.Q. Cui, B.S. Wang, T. Shinmi, T. Irifune, J.A. Alonso and J.G. Cheng, J. Magn. Magn.Mater.490, 165494 (2019); https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.165494.

J.E. Greedan, N.P. Raju and M.A. Subramanian, Solid State Commun. 99, 399 (1996); https://doi.org/10.1016/0038-1098(96)00295-5.

J. Snyder, J.S. Slusky, R.J. Cava and P. Schiffer, Nature (London) 413, 48 (2001); https://doi.org/10.1038/35092516.

Satoshi Iikubo, Shunsuke Yoshii, Taketomo Kageyama, Keisuke Oda, Yasuyuki Kondo, Kazuhiro Murata1 and Masatoshi Sato, J. Phys. Soc. Japan 70, 212 (2001); https://doi.org/10.1143/JPSJ.70.212.

M. Sato, and J.E. Greedan, J. Solid State Chem. 67, 248 (1987); https://doi.org/10.1016/0022-4596(87)90360-4.

N. Imamura, M. Karppinen, H. Yamauchi and J.B. Goodenough, Phys. Rev. B 82, 132407 (2010); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.132407.

K. Chitrarasu, S. Jayabalan, S. Amirthapandian and P. Thangadurai, Solid State Science 105, 106245 (2020); https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2020.106245.

K. Matsuhira, Y. Hinatsu, K. Tenya, H. Amitsuka and T. Sakakibara, J. Phys. Soc. Japan 71(6), 1576 (2002); https://doi.org/10.1143/JPSJ.71.1576.

F. Brisse and O. Knop Can. J. chem. 46, 859 (1968); https://doi.org/10.1139/v68-148.

X. Gong, P. Wu, W. Chen and H. Yang, J. Mater. Res. 13(2), 469 (1998); https://doi.org/10.1557/JMR.1998.0061.

H. Kumar, and A.K. Pramanik, J. Phys. Chem. C. 123(20), 13036 (2019); https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b02011.

D. Pesin and L. Balents, Nature Physics. 6, 376 (2010); https://doi.org/10.1038/nphys1606.

S. Zhu, H. Liu, J. Bian, Y. Feng and Q. Sun, J. Philosophical Magazine 100, 126 (2020); https://doi.org/10.1080/14786435.2019.1667546.

G. Giampoli, J. Li, A.P. Ramirez and M. Subramanian, Inorg. Chem 56, 4706 (2017); https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.7b00345.

J.A. Labrincha, J.R. Frade and F.M.B. Marques, J. Mater. Sci. 28, 3809 (1993); https://doi.org/10.1007/BF00353183.

R. Vassen, X.G. Cao, F. Tietz, D. Basu and D. Stover, J. Am. Ceram. Soc. 83, 2023 (2000); https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2000.tb01506.x.

K. Bhattacharya, A. Hartridge, K.K. Malick and J.L. Woodhead, J. Mater. Sci. 29, 6076 (1994); https://doi.org/10.1007/BF00354544.

Z. Wang, G. Zhou, D. Jiang, and S. Wang, J. Advanced Ceramics. 7(4), 289 (2018); https://doi.org/10.1007/s40145-018-0287-z.

Y. Matsumura, M. Yoshinaka, K. Hirota and O. Yamaguchi, Solid State Commun. 104, 341 (1997); https://doi.org/10.1016/S0038-1098(97)00332-3.

M.B. Khanvilkar, A.K. Nikumbh, R.A. Pawar, N.J. Karale, D.V. Nighot and, G.S. Gugale, J. Mater. Sci. in Electronics 30, 13217 (2019); https://doi.org/10.1007/s10854-019-01685-3.

K. Nakamoto, Infrared spectra of Inorganic and coordination compounds (Wiley-Interscience , New York, 2nd Edn. 1970.

J.A. Allan, N.D. Baird and A.L. Kassyk, J. Therm.Anal. 16, 79 (1979); https://doi.org/10.1007/BF01909635.

T.V an Dijk, K.J. de Vries and A.J. Burggraof, Physica Status Solid A 58, 115 (1980); https://doi.org/10.1002/pssa.2210580114.

L. Kong, I. Karatchevtseva, D.J. Gregg, M.G. Blackford, R. Holmes, G. Triani. J. European Ceram. Soc. 33, 3273 (2013) And JCPDS File No. 781623 (https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2013.05.011.

J. Kim, P.C. Shih, K.C. Tsao, Y.T. Pan, X. Yin, C.J. Sun and H. Yang. J. Am. Chem. Soc. 139, 12076 (2017) And JCPDS File No. 830637 (https://doi.org/10.1021/jacs.7b06808.

N. Imamura, M. Karppinen, and H. Yamauchi, Solid State Commun. 144(3-4), 98 (2007); https://doi.org/10.1016/j.ssc.2007.08.015.

Q. Cui, N.N. Wang, N. Su, Y.Q. Cui, B.S. Wang, T. Shinmei, T. Trifune, J.A. Atonso and J.G. Cheng, J. Magn. Magn. Mater. 490, 165494 (2019); https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.165494.

C. Kaliyaperumal, S. Jayabalan, A. Sanbarkumar and T. Paramasivam, Solid State Sci. 105, 106245 (2020) And JCPDS File No. 130187 (https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2020.106245.

JCPDS File No. 750076/.

H. Tinwala, D. V. Shah, J. Menghan and R. Pati, J. Nanosci. Nanotechno. 14(8), 6072 (2014); https://doi.org/10.1166/jnn.2014.8834.

S.A. Chartier, G. Catillon and J.P. Crocombette, Phys. Rev. Lett. 102, 155503 (2009); https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.155503.

N. Izu, T. Omata and S. Otsuka–yoo–Ma tsuo, J. Alloys compd. 270, 107 (1998); https://doi.org/10.1016/S0925-8388(98)00464-2.

M.A. Subramanian, G. Aravamudan and G.V. Rao, Prog. Solid State chem. 15, 55 (1983) (https://doi.org/10.1016/0079-6786(83)90001-8.

L. Minervini, R.W. Grims and K.E. Stickafus, J. Am. Ceram. Soc. 83, 1873 (2000); https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2000.tb01484.x.

R.D. Shannon Acta Crystallographica section A. 32(5), 751 (1976); https://doi.org/10.1107/s0567739476001551.

H. Yamamura, H. Nishino, K. Kakinuma and K. Nomura, J. Ceram. Soc. Jpn. 111, 902 (2003); https://doi.org/10.2109/jcersj.111.902.

JCPDS File No.461508.

B.P. Mandal, N. Gerg, S.M. Sharma and A.K. Tyagi, J. Solid State Chem. 179, 1990 (2006); https://doi.org/10.1016/j.jssc.2006.03.036.

V. Esposito, B.H. Luong, E.D. Bartolomeo, E.D. Wachsman and E. Traversa, J. Electrochem.Soc. 153, A 2232 (2006); https://doi.org/10.1149/1.2358088.

Q.A. Wang, H. wang and X. Yao, J. Appl. Phys.101, 104116 (2007); https://doi.org/10.1063/1.2735409.

J.F. Vente, R.B. Helmholdt and D.J.W. Ijdo, J. Solid State Chem. 108, 18 (1994); https://doi.org/10.1006/jssc.1994.1003.

N.P. Klug and A.E. Alexander, X-ray diffraction procedure (Wiley Interscience, New York, 1954.

K. Ravichandran, D. Nedumaran, Int. J. Mech. Eng. Mater. Sci. 4(1), 25 (2011.

X. Gong, P. Wu, W. Chen and H. Yang, J. Mater. Res 13, 469 (1998); https://doi.org/10.1557/JMR.1998.0061.

B. Jezowwka, Trezebinaptz ‘Rare Earth Spectroscopy’ (world Scientific Publishing Co. Hong Kong, Singapore Ltd.1984) P. 455.

N.F. Mott and E.A. Davis, Electronic Processes in Non-crystalline materials (Clarendon, Oxford, 1971); https://doi.org/10.1002/crat.19720070420.

P.A. Cox, J.B. Goodenough, P.J. Tavener, D. Telles and R.G. Egdell, J. Solid State Chem. 62, 360 (1986); https://doi.org/10.1016/0022-4596(86)90251-3.

H. Yamamura, H. Nishino, K. Kakinumo and N, Nomura, J. Ceram. Soc. Japan 111, 902 (2003); https://doi.org/10.2109/jcersj.111.902.

P.J. Wilde and C.R.A. Catlow, Solid State Ionics 112, 173 (1998); https://doi.org/10.1016/S0167-2738(98)00190-8.

J.C. Maxwell, ‘Electricity and Magnetism’ vol.1 (Oxford University Press, Oxford, (1973) p.828.

K.W. Wagner, Ann.Phys.40, 817 (1913.

G.Y. Ahm, S.I. Park, I.B. Shim and C.S. Kim, J. Magn.Magn. Mater. 282, 166 (2004); https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2004.04.039.

K. Sato and H. Katayama-Yoshida, Semicond. Sci. Technol. 17, 367 (2002); http://dx.doi.org/10.1088/0268-1242/17/4/309.

D.P. Norton, S.J. Pearton, A.F. Hebard, N. Theodoropoulou, L.A. Boatner, R.G. Wilson, Appl. Phys. Lett. 82, 239 (2003); https://doi.org/10.1063/1.1537457.

D. Iusan, B. Sanyal, O. Eriksson, Phys. Rev. B 74, 235208 (2006); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.74.235208.

J. Gurgul, M. Rams, Z. Swiatkowska, R. Kmiec and K. Tomala, Phys. Rev. B 75, 64426 (2007); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.75.064426.

Y. Shimakawa, Phys.Rev.B 59, 1249 (1999); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.59.1249.

M.A. Subramanian, J. Solid state chem. 72, 24 (1988); https://doi.org/10.1016/0022-4596(88)90004-7.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-06-16

Як цитувати

Ханвілкар, М., Нікумбх, А., Патанге, С., Павар, Р., Карале, Н., Нігхот, Д., … Гугале, Г. (2021). Структурні, електричні та магнітні властивості заміщених наночастинок оксиду пірохлору, синтезованих методом спільного осадження: Substituted pyrochlore oxide . Фізика і хімія твердого тіла, 22(2), 353–371. https://doi.org/10.15330/pcss.22.2.353-371

Номер

Том 22 № 2 (2021)

Розділ

Фізико-математичні науки
Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC

Статті цього автора (авторів), які найбільше читають