Вплив короткотермінової термічної обробки у водні на магнітні властивості нанокристалів ZnO:Mn
DOI:
https://doi.org/10.15330/pcss.23.3.569-574Ключові слова:
нанокристали ZnO, ультразвуковий піроліз аерозолю, термічна обробка, водень, магнітні властивостіАнотація
Досліджувались магнітні властивості нанокристалів ZnO:Mn(2ат%), синтезованих методом ультразвукового піролізу аерозолю. Встановлено, що короткотермінова термічна обробка у водні не впливає на намагніченість синтезованого зразку, яка мала феромагнітну та парамагнітну складові. Зразок, який пройшов термічну обробку на повітрі при Т = 850°С та набув парамагнітних властивостей, після термічної обробки у водні знову став феромагнітним без парамагнітної фази. Методом ЕПР встановлено, що структура дефектів синтезованих НК ZnO:Mn(2%) є неоднорідною. Вона після термічної обробки у водні змінюється. Показано, що контрольована термічна обробка зразків спочатку на повітрі, а потім у водні дозволяє передбачувано змінювати їх магнітні властивості. Отримані результати пояснюються з використанням моделі зв’язаних магнітних поляронів. Під час термічної обробка у водні у зразках відбувається зміна співвідношення кількості кисневих вакансій Vo та міжвузельних іонів Mn2+.
Посилання
J. Zhang, R. Skomski, D.J. Sellmyer, Sample preparation and annealing effects on the ferromagnetism in Mn-doped ZnO, Journal of Applied Physics 97, 10D303 (2005); https://doi.org/10.1063/1.1845858.
J.M.D Coey, M,Venkatesan, C,B, Fitzgerald, Donor impurity band exchange in dilute ferromagnetic oxides, Journal Nature Materials 4, 173 (2005); https://doi.org/10.1038/nmat1310.
S. Chattopadhyay, K. Neogi, A. Sarkar, M.D. Mukadam, S.M. Yusuf , A. Banerjee, S. Bandyopadhyay, Defects induced ferromagnetism in Mn doped ZnO, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 323, 363 (2011); https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2010.09.042.
B.B. Straumal, A.A. Mazilkin, S.G. Protasova,A.A. Myatiev, P.B. Straumal, G. Schütz, P.A. Van Aken, E. Goering, B. Baretzky, Magnetization study of nanograined pure and Mn-doped ZnO films: Formation of a ferromagnetic grain-boundary foam, J. Phys. Rev. B 79, 155203 (2009); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.79.205206.
T.V. Manh, T.L. Phan, B.W. Lee, Chunli Liu, T.A. Ho, T.D. Thanh, N.M. Vuong, S.C. Yu, Ferromagnetism in Zn1–xMnxO Nanoparticles Prepared by Ball Milling, IEEE Transactions on Magnetics 51(11), 1 (2015); https://doi.org/10.1109/TMAG.2015.2438064.
V. Yu. Vorovsky, A.V. Kovalenko, A. I. Kushnerov, O.V. Khmelenko, Preparation of zinc oxide nanopowders doped with manganese, which have ferromagnetic properties at room temperature, Functional Materials 25(1), 61 (2018); https://doi.org/10.15407/fm25.01.61.
O.V. Kovalenko, M.F. Bulaniy, V.Y. Vorovskiy, O.V. Khmelenkо, Photoluminescence and EPR spectrum of ZnO:Mn nanocrystals, Journal of Physics and Electronics 26(1), 69 ( 2018); https://doi.org/10.15421/331811.
A. Singhal, Study of hydrogenation versus de-loading of Co and Mn doped ZnO semiconductor, Journal of Alloys and Compounds 507(1), 312 (2010) https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.07.189.
Q.Q. Gao, Q.X. Yu, K. Yuan, X.N. Fu, B. Chen, C.X. Zhu, H. Zhu, Influence of annealing atmosphere on room temperature ferromagnetism of Mn-doped ZnO nanoparticles, J. Appl. Surface Science 264, 7 (2013); https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.08.108.
V.K. Sharma, G.D. Varma, Oxygen vacancies induced room temperature ferromagnetism in hydrogenated Mn-doped ZnO, Journal of Applied Physics 102, 056105 (2007); https://doi.org/10.1063/1.2778283.
X. Xue, Liangliang Liu, Zhu Wang. X. Xue, L. Liu, Z. Wang,Y. Wu, Room-temperature ferromagnetism in hydrogenated ZnO nanoparticles, Journal of Applied Physics 115, 033902 (2014); https://doi.org/10.1063/1.4862306.
M.F. Bulaniy, V.Yu. Vorovsky, A.V. Kovalenko, O.V. Khmelenko, Synthesis of Nanopowders ZnO and ZnO : Mn by Ultrasonic Sprey Pyrolysis, Journal of Nano- and Electronic Physics 8(2), 02043 (2016); https://doi.org/10.21272/jnep.8(2).02043.
O.V. Kovalenko, V.Yu. Vorovsky, O.V. Khmelenko, Ye.G. Plakhtii, Peculiarities of doping of ZnO:Mn nanocrystals during their synthesis by the aerosol pyrolysis method, Journal of Physics and Electronics 28(2), 91 ( 2020); https://doi.org/10.15421/332027.
R. Viswanatha, S. Sapra, S. Sen Gupta, B. Satpati, P.V. Satyam, B.N. Dev, D.D. Sarma, Synthesis and Characterization of Mn-Doped ZnO Nanocrystals, Journal of Physical Chemistry B 108, 6303 (2004); https://doi.org/10.1021/jp049960o.
O.V. Kovalenko, V.Yu. Vorovsky, O.V. Khmelenkо, The effect of heat treatment on the magnetic properties of ZnO:Mn nanocrystals obtained by ultrasonic aerosol pyrolysis, Functional Materials 27(4), 687 (2020); https://doi.org/10.15407/fm27.04.687.
H. Zhang, S. Qina, Y. Cao, Z. Yang, L. Si, W. Zhong, D. Wu, M. Xu, Q. Xu, Enhanced room temperature ferromagnetism in hydrogenated Zn0.98Mn0.02O, Applied Surface Science 271, 421 (2013); http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.02.009.
L. Xing-Chong, L. Zhi-Ha, Z. Feng-Ming, Effect of annealing atmosphere on ferromagnetism in Mn doped ZnO films, J. Chin. Phys. B 19(2), 027502 (2010); http://dx.doi.org/10.1088/1674-1056/19/2/027502.
R.K. Singhal, A. Samariya, S. Kumar,Y. T. Xing, U.P. Deshpande, T. Shripathi, S.N. Dolia, Elisa B. Saitovitch, Switch ‘on’ and ‘off’ ferromagnetic ordering through the induction and removal of oxygen vacancies and carriers in doped ZnO: A magnetization and electronic structure study, Physica Status Solidi (A) Applications and Materials 207(10), 2373 (2010); https://doi.org/10.1002/pssa.200925637.
K. Yuan, Q.X. Yu, Q.Q. Gao, J. Wang, X.T. Zhang, A threshold of Vo+/Vo++ to room temperature ferromagnetism of hydrogenated Mn doped ZnO nanoparticles, Applied Surface Science 258, 3350 (2012); https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2011.08.080.
E.V. Lavrov, F. Herklotz, and J. Weber, Identification of two hydrogen donors in ZnO, Phys. Rev. B 79, 165210 (2009); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.79.165210.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
