اثر جانشانی مضاعف یون های Nd 3 و Dy 3 بر خواص ساختاری، میکروساختاری و مغناطیسی نانوذرات فریت بیسموت

نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علی آباد کتول، گروه فیزیک، شهرستان علی آباد کتول

2 Department of physics, Semnan University, Semnan

3 دانشکده فیزیک، دانشگاه سمنان، سمنان

چکیده

در این پروژه نانوذرات Bi0.6Dy0.4-xNdxFeO3، با مقادیر 4/0 و 3/0 ،2/0 ،1/0 ،0/0 x به روش سل‌ژل تهیه و سنتز شده‌اند. خواص ساختاری، میکروساختاری و مغناطیسی این نانوذرات با استفاده از آزمون‌های پراش اشعه‌ی ایکس XRD، میکروسکوپ الکترونی روبشی FE-SEM و مغناطش‌سنج نمونه ارتعاشی VSM در دمای اتاق اندازه-گیری شد. برازش الگوی پراش پرتو X نمونه‌ها، نشان می-دهد که یک انتقال فاز از لوزی‌رخ با گروه فضایی R3c به راستگوشی با گروه فضایی pnma رخ داده است. آلایش دیسپرزیوم و نئودمیوم در جایگاه بیسموت موجب کاهش پارامترهای شبکه، اندازه‌ی بلورک‌ها و حجم سلول واحد می-شود. تصاویر FE-SEM نیز کاهش اندازه ذرات را نشان می-دهد. حلقه‌ی پسماند مغناطیسی نانوپودرها نشان دهنده‌ی بهبود خواص مغناطیسی نانوذرات است و یک رفتار فرومغناطیسی را نشان می‌دهند. بیشترین مغناطش اشباع مربوط به نمونه 1/0x با مقدار emu/gr 9509/2 است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Influence of Nd+3 and Dy+3 Ions CO-Doped on Structural and Microstructural and Magnetic Properties of Bismuth Ferrite Nanoparticles

نویسندگان [English]

  • A. Sadat Naeimi 1
  • K. Oranjin 2
  • D. Sanavi khoshnoud 3
چکیده [English]

In this work Bi0.6Dy0.4-xNdxFeO3 x 0.0, 0.1, 0.2, 0.3 and 0.4 nanoparticles have been prepared and synthesized by sol-gel method. The structural, microstructural and magnetic peroperties of these nanoparticles were measured by X-ray diffraction XRD, field emission scanning electron microscopy FE-SEM and vibrating sample magnetometer VSM at room temperature. The analysis of X-ray diffraction patterns of nonoparticles show that a phase transition occurs from rhombohedral with R3c space group to orthorhombic with pnma space group. Substitution of Dy and Nd ions in Bi site reduces the lattice parameters, the unit cell volume and the nanocrystalline size of all compounds. FE-SEM images also show a decrease in particle size. The magnetic hystersis loop of the samples represent improvement in the magnetic properties of nanoparticles and a ferromagnetic behavior. The highest saturation magnetization occurs in sample for x0.1 with a value of 2.9509 emu/gr.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bismuth ferrite
  • nanoparticles
  • Sol-gel
  • Magnetization
[1] I. Sosnowskat, T. Peterlin-Neumaier, E.
Steichele, “Spiral magnetic ordering in bismuth
ferrite,” J. Phys. C: Solid State Phys. 15, 4835-4846,
1982.
[2] J. R. Teague, R. Gerson, W. J. James, “Dielectric
hysteresis in single crystal BiFeO3,” Solid State
Communications 8, 1073-1074, 1970.
[3] R. S. Palai, H. Katiyar, P. Schmid, S. J. Tissot,
J. Clark, S. A. T. Robertson, G. Redfern, “β phase
and γ-β metal-insulator transition in multiferroic
BiFeO3,” Phys. Rev. B, 77, 014110-11, 2008.
[4] V. Kumar, A. Gaur, R. Kotnala, “Anomalous
dielectric response with suppression in Neel
temperature of Bi0.9Y0.1Fe1-xMnxO3 (0≤x≤0.07)
Ceramics,” J. Alloys Compd. 551, 410-414, 2013.
[5] D. Khomskii, “Classifying multiferroics:
Mechanisms and effects,” Physics, 2, 20, 2009.
[6] R. Guo, L. Fang, W. Dong, F. Zheng, M. Shen,
“Enhanced photocatalytic activity and
ferromagnetism in Gd doped BiFeO3
nanoparticles,” J Phys Chem C 114, 21390-21396,
2010.
[7] A.K. Pradhan, K. Zhang, D. Hunter, J.B.
Dadson, G.B. Loutts, P. Bhattacharya, Katiyar, J.
Zhang, D.J. Sellmyer, U.N. Roy, Y. Cui, A. Burger,
“Magnetic and electrical properties of single-phase
multiferroic BiFeO3,” J. Appl. Phys. 97, 093903-7,
2005.
[8] Y.P. Wang, L. Zhou, M.F. Zhang, X.Y. Chen,
J.M. Liu, Z.G. Liu, “Room-temperature saturated
ferroelectric polarization in BiFeO3 ceramics
synthesized by rapid liquid sintering,” Appl. Phys.
Lett. 84, 1731-3, 2005.
[9] I. O. Troyanchuk, O. S. Mantytskaya, A. N.
Chobot, N. V. Tereshko, “Magnetic properties of
multiferroics Bi1-xAxFeO3-x/2 (A=Ca, Sr, Pb, Ba),”
Phys. Solid State 51, 2105-2108, 2009.

[10] I. Sosnowska, R. Przeniosto, P. Fischer, V. A.
Murashov, “Neutron diffraction studies of the
crystal and magnetic structures of BiFeO3 and
Bi0.93La0.07FeO3,” J. Magn. Magn. Mater. 160, 384-
385, 1996.
[11] V. R. Palkar, C. Kundaliya Darshan, S. K.
Malik, “Effect of Mn substitution on
magnetoelectric properties of bismuto derrite
system,” J. Appl. Phys. 93, 4337-4339, 2003.
[12] A. Shabbir, Z. A. Gilani, A. Nawaz, M. F.
Warsi, M. A. Khan, S. Nazir, M. F. A. Aboud,
“Enhanced dielectric and photocatalytic behaviour
of Dy-Co co-doped multiferroic BiFeO3
nanoparticles,” Digest Journal of Nanomaterials and
Biostructures 11, 1189-1195, 2016.
[13] R. D. Shannon, “Revised effective ionic radii
and systematic studies of interatomic distances in
halides and chalcogenides,” Acta crystallogr. A 32,
751-767, 1976.
[14] M. Arora, P. C. Sati, S. Chauhan, H. Singh, K.
L. Yadav, S. Chhoker, M. Kumar, “Structural,
Magnetic and optical properties of Bi1-xDyxFeO3
nanoparticles synthesized by sol-gel method,”
Materials Letters 96, 71-73, 2013.
[15] D. Wang, M. Wang, F. Liu, Y. Cui, Q. Zhao,
H. Sun, H. Jin, M. Cao, “Sol-gel synthesis of Nddoped BiFeO3 Multiferroic and its
characterization,” Ceramics International 41, 8768,
2015.
[16] S. k. Pradhan, B.K. Roul, Improvement of
multiferroic and leakage property in monophasic
BiFeO3, Physical B, 406, 3313, 2011.
[17] H. Lueken, “Course of lectures on magnetism
of lanthanide ions under varying ligand and
magnetic fields,” Institute of Inorganic Chemistry,
RWTH Aachen University, 6, 2008.
[18] H. W. Zhang,T. Y. Zhao, J. Zhang,C. B . Rong,
S. Y. Zhang, B. G. Shen, L. Li, L. G. Zhang, “Large
coercivity in nanocrystalline TbMn6Sn6 permanent
magnets prepared by mechanical milling,” Journal
of Physics D: Applied Physics 36(15), 1769, 2003.
[19] G. Lazenka, Zhang, J. Vanacken, I. Makoed, A.
Ravinski, V. Moshchalkov, “Structural
transfortation and magnetoelectric behaviour in Bi1- xGdxFeO3 multiferroics,” Journal of Physics
D: Applied Physics, 45, 125002, 2012.
[20] S. Chauhan, M. Arora, P. C. Sati, S. Chhoker,
S. C. Katyal, M. Kumar, “Structural, vibrational,
optical, magnetic and dielectric properties of Bi1-
xBaxFeO3 nanoparticles,” Ceramics International
39, 6399, 2013.