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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 강정수
- 발행연도
- 2017
- 저작권
- 가톨릭대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
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강유전성 물질로 알려진 BaTiO3에 강자성 Fe 이온을 치환시켜 합성된 BaTi1-yFeyO3가 상온에서 강유전성과 강자성의 특성을 동시에 나타내는 현상과 Fe 치환양 y가 7%인 BaTi0.93Fe0.07O3-d에서 강자성 특성이 급격하게 변화되는 것이 발견된 바 있는데, 이는 Fe 이온 치환에 의해 유도된 것으로 생각되고 있다. 상온에서 BiFeO3 물질이 다강성을 가지는 것이 발견되었고 강유전체 Bi12TiO20과 Bi4Ti3O12에서 서서히 강유전성을 잃게 되는 피로 현상이 흔히 발생되는데 La 도핑을 통해 피로 현상을 해결한 바가 있다. 이를 바탕으로 BaTi1-yFeyO3에서 Ba 대신 Bi 혹은 La 등의 3+ 이온을 치환시킨 Ba1-xAxTi1-yFeyO3 (A=Bi, La) 산화물들은 Bi, La 이온의 치환양에 따라 Fe 이온의 원자가가 변할 것으로 예상되며 특정 치환양 x 에서 다강성 물성이 좋을 것으로 예상되었다. 이 연구에서는 방사광을 이용한 광전자 분광법 (photoemission spectroscopy: PES), 연 X-선 흡수 분광법 (soft X-ray absorption spectroscopy: XAS)과 연 X-선 자기원편광 이색성 (soft X-ray magnetic circular dichroism: XMCD) 을 이용하여 Ba1-xBixTi0.9Fe0.1O3 (0≤x≤0.12) 산화물의 전자 구조를 연구하였다. XAS 와 XMCD 를 이용하여 각각 구성 이온들의 원자가와 자기모멘트를 결정하였으며, PES 를 이용하여 페르미 준의 근처의 전자들의 특성과 에너지 준위를 결정하였다.
Ba1-xBixTi0.9Fe0.1O3 (0≤x≤0.12) 에 대한 PES 스펙트럼에서는 O 1s, Ti 2p , Bi 4f, Ba 4d 등의 내각 준위 피크들이 잘 관찰되었는데, 이로 부터 Ba1-xBixTi0.9Fe0.1O3 시료들이 잘 만들어졌음을 확인할 수 있었다. Ti 2p XAS 와 Ba 3d XAS 의 측정에 의하면 각각 Ti 이온의 원자가는 4+, Ba 이온의 원자가는 2+ 로 Bi 치환양 (x) 가 변함에 따라 Ti 이온과 Ba 이온의 원자가는 변하지 않았다. Fe 2p XAS 스펙트럼에 의하면 Fe이온의 원자가가 x=0일 때 거의 3+이며 x>0에서 Fe2+와 Fe3+가 혼합된 혼합원자가 상태였으며, x가 증가하면, Fe이온의 원자가가 약 3+ (x=0)에서 약 2.6+ (x=0.12) 으로 감소하는 경향이 관찰되었다. 이러한 결과는 전하중성 (charage neutrality) 에 근거하여 예측된 Fe 이온의 원자가와는 상당히 다른데, 그 원인으로 x의 변화에 따른 산소결핍의 변화나 O 2p 띠에서의 양공 (hole)의 증가 등의 가능성이 있을 수 있다. 한편 T=80 K 에서 측정된 Fe 2p XMCD 신호의 크기가 거의 0 이었는데, 이러한 결과는 Ba1-xBixTi0.9Fe0.1O3 의 Fe 이온들의 자기모멘트가 80 K 에서 정렬되어 있지 않거나 반강자성 정렬을 하고 있다는 것을 반영한다고 생각된다.
Ba1-xBixTi0.9Fe0.1O3 (0≤x≤0.12) 에 대한 PES 스펙트럼에서는 O 1s, Ti 2p , Bi 4f, Ba 4d 등의 내각 준위 피크들이 잘 관찰되었는데, 이로 부터 Ba1-xBixTi0.9Fe0.1O3 시료들이 잘 만들어졌음을 확인할 수 있었다. Ti 2p XAS 와 Ba 3d XAS 의 측정에 의하면 각각 Ti 이온의 원자가는 4+, Ba 이온의 원자가는 2+ 로 Bi 치환양 (x) 가 변함에 따라 Ti 이온과 Ba 이온의 원자가는 변하지 않았다. Fe 2p XAS 스펙트럼에 의하면 Fe이온의 원자가가 x=0일 때 거의 3+이며 x>0에서 Fe2+와 Fe3+가 혼합된 혼합원자가 상태였으며, x가 증가하면, Fe이온의 원자가가 약 3+ (x=0)에서 약 2.6+ (x=0.12) 으로 감소하는 경향이 관찰되었다. 이러한 결과는 전하중성 (charage neutrality) 에 근거하여 예측된 Fe 이온의 원자가와는 상당히 다른데, 그 원인으로 x의 변화에 따른 산소결핍의 변화나 O 2p 띠에서의 양공 (hole)의 증가 등의 가능성이 있을 수 있다. 한편 T=80 K 에서 측정된 Fe 2p XMCD 신호의 크기가 거의 0 이었는데, 이러한 결과는 Ba1-xBixTi0.9Fe0.1O3 의 Fe 이온들의 자기모멘트가 80 K 에서 정렬되어 있지 않거나 반강자성 정렬을 하고 있다는 것을 반영한다고 생각된다.
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