Вплив точкових дефектів кристалічної ґратки на фур’є-компоненти поляризованості залізо-ітрієвого гранату

The paper analyzed the crystal structure of ferrite-garnets and it shows the presence of cavities, volume of which is comparable with the volume of the atoms in the lattice. It is shown that the displacement of some cations can lead to changes in the Fourier components of polarizability values by up to 7%. The calculation of Fourier components of polarizability with the displacement of various cations in the crystal lattice cavities conducted in the paper.В роботі проведено аналіз кристалічної структури ферит-гранатів та показано наявність порожнин, об’єм яких співмірний з об’ємом атомів у ґратці. Показано, що зміщення деяких катіонів можуть приводити до зміни величини фур’є-компонент поляризовності на величину до 7 %. Проведено розрахунок фур’є-компонент поляризовності при зміщенні різних катіонів у порожнини кристалічної ґратки

Microanalysis of magnetic structure of yttrium-iron garnet films by using the scanning probe microscopy methods

In this paper, the features of the microstructure of magnetic domains observed in ferrite-garnet films (FGF) have been presented. The studied FGF with orientation (111) were grown on gallium-gadolinium substrate by using liquid-phase epitaxy. The study of distribution inherent to magnetic domains was carried out using magnetic force microscopy (MFM) with the scanning probe microscope NanoScope IIIa Dimension 3000TM. In the course of these researches, optimization of the MFM method was carried out to obtain high-quality and correct images of magnetic domains in FGF. Nanorelief and magnetic microstructure of FGF surface were studied, depending on their thickness, on external magnetic field and doses of boron ion implantation. For these objects, it was established that stripe domain structure is characteristic, the period of which depends on the film thickness. The nature of transformation of domain structure depending on thickness is close to that theoretically predictable at low thicknesses (up to 10 µm). Nanorelief of film surfaces is virtually unchanged depending on thickness. An external magnetic field with the magnitude 4 mT causes significant changes in domain configuration and allows to visualize heterogeneity of magnetic structure. Ion implantation leads to a slight smoothing of nanorelief films (roughness of 0.2 nm) and to more accurate displaying the magnetic microstructure, which is associated with processes of structural ordering under ionic bombardment

X-Ray Diffraction Characterization of Nanoscale Strains and Defects in Yttrium Iron Garnet Films Implanted with Fluorine Ions

The theoretical diffraction model for a crystalline multilayer system with inhomogeneous strain profile and randomly distributed defects has been created by using the statistical dynamical theory of X-ray diffraction in imperfect crystals. The dynamical scattering peculiarities in both coherent and diffuse scattering intensities have been taken into account for all the layers of the system by using derived recurrence relations between coherent scattering amplitudes. The investigated yttrium-iron garnet films grown on gadolinium-gallium garnet substrate were implanted with different doses of 90 keV F+ ions. The rocking curves measured from the as-grown and implanted samples have been treated by using the proposed theoretical model. This model has allowed for the reliable self-consistent determination of strain profile parameters and structural defect characteristics in both implanted film and substrate of the investigated samples

Magnetic force microscopy of YLaFeO films implanted by high dose of nitrogen ions

The scattering field gradient maps of surface layer magnetic domains in Y₂.₉₅La₀.₀₅Fe₅O₁₂ iron-yttrium garnet modified by high-dose ion implantation with nitrogen ions N+ were obtained by the method of magnetic force microscopy. It was found that improving the magnetic properties of thin films, which includes reducing the observed magnetic losses after high-dose implantation, is accompanied by essential ordering of magnetic domains on the surface of the implanted films. There is a direct dependence of the magnetic properties on the dose of implanted atoms, accompanied by a significant dispersion and amorphization of surface layer and formation of a clear magnetic structure

Х-променевий аналіз наночастинок NiCrxFe2 – xO4 з використанням Дебая-Шеррера, Вільямсона-Холла і графічного розмірно-деформаційного методів

Метою роботи є створення та вивчення наночастинок NiCrxFe2 – xO4, використовуючи золь-гель метод за участю автогоріння (ЗГА). Після завершення процесу автогоріння було отримано фазу, яка відповідає кубічній структурі просторової групи шпінелі Fd3m. Встановлено залежність параметра гратки та густини Х-променевого випромінювання порошків феритів від вмісту нікелю. Величина параметра гратки зменшуються від 0.8343 нм до 0.8306 нм із збільшенням вмісту іонів Cr3+. Зменшення параметра гратки за рахунок збільшення концентрації Cr можна пояснити заміною більшого іонного радіуса Fe3+ меншим іонним радіусом Cr3+. Х-променева густина dx зростає від 5.360 г·см–3 до 5.387 г·см–3 внаслідок збільшенні ступеня заміщення x. Дослідження розподілу катіонів вказує на те, що іони нікелю та хрому мають тенденцію займати октаедричні позиції, тоді як іони заліза мають тенденцію займати як тетраедричні, так і октаедричні підгратки. Морфологічні спостереження показують, що розмір частинок значно зменшується зі збільшенням вмісту Cr, а розмір частинок стає більш однорідним. Розмір частинок і мікродеформації кристалічної гратки були розраховані за шириною Хпроменевого профілю та кута. Інтегральну ширину Kα1-лінії одержано за допомогою поділу інтегральної ширини Kα-дублету, отриманого з експерименту, за коефіцієнтом K. Визначаючи інтегральноу ширину, ігнорування дублету призводить до збільшення розрахункових розмірів блоку на 6 %. Розміри частинок порошків NiCrxFe2 – xO4 проаналізовано за допомогою формули Шеррера, методу Вільямсона-Холла та розмірно-деформаційного методу. Визначаючи середній розмір часток методом Вільямсона-Холла (24-43 нм), спостерігається більший розкид експериментальних точок від апроксимаційної прямої, ніж за розмірно-деформаційним методом (19-42 нм). Заміщення іонами Cr3+ призводить до зменшення розмірів наночастинок. Значення мікродеформацій ε, отриманих методом SSP, знаходяться в діапазоні від 4.69·10–4 до 2.69·10–3. Середній розмір частинок NiFe2O4 знайдено за найменшим квадратичним логарифмічним розподілом виміряних точок, отриманих з використанням даних СЕМ. Виявлено, що середній розмір частинок знаходиться в діапазоні 41-42 нм.The aim of this work is to create and study NiCrxFe2 – xO4 nanoparticles using sol-gel technology with participation of auto-combustion (SGA). After completing the auto-combustion process, the phase which corresponds to the cubic structure of spinel space group Fd3m was obtained. The dependences of the lattice parameter and X-ray density of the ferrite powders on the nickel content were found. The values of the lattice parameter decrease from 0.8343 nm to 0.8306 nm with an increase in Cr3+ ions content. The decrease in lattice parameters by increasing Cr concentration can be attributed to replacement of the bigger ionic radius of Fe3+ by smaller ionic radius of Cr3+. The X-ray density dx increases from 5.360 g·cm–3 to 5.387 g·cm–3 with increasing degree of substitution x. The cation distribution study indicates that nickel and chromium ions have a tendency to occupy octahedral sites, whereas iron ions have a tendency to occupy both tetrahedral and octahedral sites. Morphological observations reveal that the particle size decreases significantly with increasing Cr content mean while the particle size becomes more uniform. The dimension of the particles and micro-deformations of crystal lattice was calculated from width of X-ray profile and angle. The integral width of Kα1-line was getting by division the integral width of the Kα-doublet obtained from the experiments on coefficient K. The ignoring a doublet in determining the integral width leads to increase of the calculated block sizes by 6 %. The particle size of NiCrxFe2 – xO4 powders was analyzed by the Scherrer formula, Williamson-Hall and the SSP methods. In determining particle average size by the Williamson-Hall method (24-43 nm), there is a larger scatter of experimental points on the straight line than by the SSP method (19-42 nm). The substitution of Cr3+ ions resulted in decrease of nanoparticle sizes. The values of micro-deformations ε obtained using the SSP method are within the range of 4.69·10–4 to 2.69·10–3. The average particle size of NiFe2O4 was found from the least-square fit of the lognormal distribution to the measured points obtained by the SEM micrographs. This average particle size was found in the range 41-42 nm

Promising Cathode Material for Lithium Power Sources LaFe0.5Cr0.5O3

Nanoscale powders of LaFe0.5Cr0.5O3 with perovskite structure were synthesized by sol-gel combustion method in this work. From X-rays phase analysis obtained material was consisted of one phase LaFe0.5Cr0.5O3 (space group P m -3 m). The average size of RCS of test material is 21 nm. Specific surface area is 14 m2/g. The average particle size is 63.7 nm by approximation that particles form is spherical. Nanoscale powders of LaFe0.5Cr0.5O3were tested as cathode material for lithium power sources. The cathode material demonstrates the specific power capacity of 571 A•h/kg when the discharge of the source is up to 0.5V. Keywords: sol-gel method, galvanostatic discharge, impedance, specific capacity.</span

Процеси старіння в імплантованих іонами фтору та лазерно опромінених плівках LaGa:ЗІГ

Based on the results of X-ray structural analysis, changes in the crystalline structure during natural aging and laser annealing, which occurred in near-surface layers of epitaxial films of LaGa-substituted Iron-Yttrium Garnet, implanted by F+ ions, were studied. The processes that occur during the ion implantation by F+ in ferrite-garnet films, and the processes that accompany the low-temperature aging of ion-implanted films are considered. From the experimental rocking curves, obtained immediately after ion implantation, after the laser irradiation and after several years, strain profiles were determined. Two stages in the changes of the crystalline structure of the nearsurface disturbed layer over time are revealed. During the first of them, the maximum deformation in the ionimplanted layer increased slightly, and on the second it decreased. It was established that the results of laser annealing and natural aging of near-surface layers implanted by F+ ions and laser irradiated LaGa:YIG films&nbsp; depend on the direction from which laser irradiation occurred. However, the result of their total exposure does not depend on the side of laser irradiation.На основі результатів X-променевого структурного аналізу вивчено зміни кристалічної структури під час природного старіння та лазерного відпалу, які відбувалися в приповерхневих шарах епітаксійних лівок LaGa-заміщеного залізо-ітрієвого гранату, імплантованого іонами F+ . Розглянуто процеси, що відбуваються під час імплантації іонами F+ ферит-гранатових плівок, та процеси, які супроводжують низькотемпературне старіння іонно імплантованих плівок. З експериментальних кривих&nbsp; відбивання, отриманих відразу після іонної імплантації, після лазерного опромінення та через кілька років, визначено профілі деформації. Виявлено два етапи в змінах кристалічної структури приповерхневого порушеного шару з часом. На протязі першого з них максимальна деформація в іонно імплантованому шарі незначно зростала, а на другому зменшувалася. Встановлено, що результати лазерного відпалу та природного старіння приповерхневих шарів імплантованих іонами F+ та лазерно опромінених плівок LaGa:ЗІГ залежать від того, з якої сторони відбувалося опромінення лазером. Однак, результат їх сумарного впливу не залежить від сторони лазерного опромінення

Вплив заміщення іонів нікелю на структуру і електричні властивості нанорозмірного літій-залізного фериту, отриманого методом золь-гель автогоріння

Методом золь-гель автогоріння були синтезовані ферити шпінелі складу Li0.5 – x/2NixFe2.5 – x/2O4 (де х = 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0). Структурні властивості отриманих порошків досліджувалися за допомогою рентгенівської дифракції (XRD), мессбауерівської спектроскопії, а також з використанням скануючої електронної мікроскопії (SEM). Усі синтезовані зразки володіють гарною кристалічністю, причому можна виділити дві шпінелі однакового складу: одна просторової групи P4332, в якій іони заліза і літію упорядковано розміщені вздовж кристалографічного напрямку {110}, а інша – просторової групи Fd3m, розупорядкована шпінель. Присутність обох шпінелей спостерігається при низькому вмісті допійованого елементу (х = 0.2 і 0.4). У випадку збільшення Ni2+ розупорядкована компонента зникає і залишається тільки упорядкована фаза. Розміри частинок синтезованого продукту, отриманих методами Дебая Шеррера і Вільямсона Холла, складають 22-35 нм. Виявлена присутність внутрішніх напруг гратки. Згідно запропонованого катіонного розподілу іони нікелю локалізуються у тетрапідгратці, а іони літію – у октапідгратці. Іони заліза перерозподіляються по обох підгратках у співвідношенні приблизно 1:2. Мессбауерівські спектри являють собою суперпозицію двох магнітоупорядкованих компонент, що відповідають октаедричному і тетраедричному оточенню заліза в шпінельній гратці і парамагнітного дублету, який вказує на присутність заліза у двовалентному стані. Показано, що провідні і діелектричні властивості синтезованих порошків мають характерну для феритових матеріалів частотну залежність, поведінка якої пояснюється на основі стрибкового механізму провідності і міжзеренної поляризації.Li0.5 – x/2NixFe2.5 – x/2O4 (х = 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0) ferrite spinels have been synthesized by sol-gel auto-combustion technique. Structural properties of the obtained powders have been investigated by X-ray diffraction (XRD) method and scanning electron microscopy (SEM). All the synthesized powders have good crystallinity and it is possible to distinguish two spinels of the same composition: the first one of P4332 spatial group (iron and lithium ions are arranged along {110} crystallographic direction) and the second one of Fd3m spatial group (disordered spinel). The presence of both spinels is observed at low content of the doping material (х = 0.2 and 0.4). In the case of increase in Ni2+, the disordered component is absent and there is only the ordered phase. The particle size values of the synthesized material are calculated using Debye-Scherrer and Williamson-Hall methods. They are of about 22-35 nm. The presence of internal lattice stresses has been detected. According to proposed cation distribution, nickel ions are localized in tetrahedral sublattice and lithium ions are localized in octahedral one. Iron ions are redistributed in both sublattices in the ratio of about 1:2. The Mossbauer spectra represent a superposition of two magnetoordered components corresponding to the octahedral and tetrahedral surroundings of iron in the spinel lattice and the paramagnetic doublet that indicates the presence of iron in the bivalent state. It is shown that the conductive and dielectric properties of the synthesized powders are characterized by frequency dependence that is characteristic for ferrite materials. The behavior of this dependence is explained on the basis of the hopping mechanism of conductivity and intergranular polarization

Мессбауэровские исследования Ni-замещенных ферритов кобальта

Nanosize nickel-substituted cobalt ferrites were prepared using the technology sol-gel with participation of auto-combustion (SGA) and characterized by EDX and Mössbauer spectroscopy. Mössbauer spectrum of CoFe2O4 powder at room temperature exhibited broad sextet and doublet, suggesting superparamagnetic nature of the sample. The subtituted samples showed only broad sextet, which is resolved into two sub-sextets, corresponding to tetrahedrally and octahedrally coordinated Fe cations. Cation distribution calculated using XRD and Mössbauer data indicates a decrease in Fe3 +[B]/Fe3 +(A) ratio with increasing nickel concentration.Нанорозмірні Ni–Co ферити одержано за технологією золь-гель за участі автогоріння (ЗГА) і досліджено за допомогою енергодисперсійної Х-променевої та месбауерівської спектроскопії. Месбауерівський спектр порошку CoFe2O4 при кімнатній температурі містить широкий секстет і дублет, що свідчить про суперпарамагнітну природу зразка. Спектри заміщених зразків містять тільки широкий секстет, який складається з двох підсекстетів, що відповідають тетраедрально та октаедрально координованим катіонам Fe. Розподіл катіонів, розрахований за даними X-променевої дифракції та месбауерівської спектроскопії, свідчить про зменшення відношення Fe3 +[B]/Fe3 +(A) з підвищенням концентрації нікелю.Наноразмерные Ni-Cо ферриты получено по технологии золь-гель с участием автогорения (ЗГА) и исследовано с помощью энергодисперсионной Х-лучевой и мессбауэровской спектроскопии. Мессбауэровский спектр порошка CoFe2O4 при комнатной температуре содержит широкий секстет и дублет, что свидетельствует о суперпарамагнитной природе образца. Спектры замещенных образцов содержат только широкий секстет, который состоит из двух подсекстетов, что отвечают тетраедрально и октаедрально координированным катионам Fe. Распределение катионов, рассчитанное по данным X- лучевой дифракции и мессбауэровской спектроскопии, свидетельствует об уменьшении отношения Fe3 +[B]/Fe3 +(A) с увеличением концентрации никеля