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

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

Процеси старіння в плівках залізо-ітрієвого гранату імплантованих іонами бору

Based on the results of X-ray structural analysis, changes in the crystalline structure that occurred during 15 years in surface layers of epitaxial films of iron-yttrium garnet implanted by&nbsp;B+&nbsp;ions were studied. The processes that occur during the&nbsp;B+&nbsp;ion implantation of in ferrite-garnet films, and the processes that accompany the low-temperature aging of ion-implanted films are considered. Strain profiles were determined from the experimental rocking curves, obtained immediately after ion implantation and after 15 years. It was found that the value of relative maximum deformation of surface layers decreases at constant thickness of the disturbed layer.На основі результатів X-променевого структурного аналізу вивчено зміни кристалічної структури, які відбувалися на протязі 15 років в приповерхневих шарах епітаксійних плівок залізо-ітрієвого гранату, імплантованих іонами&nbsp;B+. Розглянуто процеси, що відбуваються під час іонної імплантації&nbsp;B+&nbsp;у ферит-гранатові плівки, та процеси, які супроводжують низькотемпературне старіння іонно імплантованих плівок. З експериментальних кривих дифракційного відбивання, отриманих відразу після іонної імплантації та через 15 років, визначено профілі деформації. Виявлено, що значення відносної максимальної деформації приповерхневих шарів зменшується при незмінній товщині порушеного шару