TU Darmstadt / ULB / tuprints

Physical properties of doped multiferroic GaFeO3

Mohamed, Mohamed Bakr Mahmoud :
Physical properties of doped multiferroic GaFeO3.
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2011)

[img]
Preview
PDF
MBAKR_PHD_Thesis_2011.pdf
Available under Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives.

Download (8Mb) | Preview
Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Physical properties of doped multiferroic GaFeO3
Language: English
Abstract:

Gallium iron oxide (GaFeO3) is a member of a multiferroic family which exhibits ferrimagnetic and piezoelectric properties below room temperature. The physical properties of GaFeO3 are strongly dependent on the distribution of cations within the structure. GaFe1-xMnxO3 polycrystalline materials have been prepared by a solid state reaction (SR) and by a sol-gel (SG) methods. Also, GaFe1-xCrxO3 was prepared by solid state reaction. The maximum Mn content amounts to 10 and 40 % for SR and SG preparation, respectively, while the maximum Cr amount is 15%. All compounds in these composition ranges crystallize in space group P c 21 n derived from Rietveld refinement of X-ray powder patterns. The gradual incorporation of manganese and chromium are accompanied by a decrease in the cell volume. The Curie temperature (TC) for GaFeO3 (SR) is about 225 K and increases up to above room temperature when the temperature of preparation is decreased from 1300°C to 700°C. With increasing Mn or Cr contents the transition temperatures as well as the coercive field decrease. Dielectric investigations revealed a temperature independent anomaly at around 250 K with frequency dispersion of dielectric constant for Mn doped samples prepared by both methods accompanied by lattice parameters anomaly at the same temperature without change in crystal structure. A combined neutron and Mössbauer data analysis has led to the determination of site assignment and the occupancies. The ordering of Ga and Fe cations depends on the Mn substitution. Below the magnetic transition temperature a ferrimagnetic order with a propagation vector K = 0 was derived from neutron powder diffraction data. The Fe3+ magnetic moments are ordered along the c-axis with small components along a and b. The magnetic structure does not alter for Mn doped GaFeO3 but the magnetic moment decreases as the amount of Mn increases.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Gallium Eisenoxid (GaFeO3) gehört zu einer Klasse multiferroischer Materialien, die ferrimagnetische und piezoelektrische Eigenschaften unterhalb von Raumtemperatur aufweisen. Die physikalischen Eigenschaften hängen wesentlich von der Verteilung der Kationen auf den kristallographischen Gitterplätzen ab. Polykristalline Proben von GaFe1-xMnxO3 wurden durch Festkörperreaktion (SR) und durch Sol-Gel (SG) Methoden dargestellt. Der maximale Gehalt an Mn beträgt 10% für SR - und 40% für SG - Präparation, während als maximale Menge an Cr 15% erreicht wird. Alle Verbindungen mit den genannten Zusammensetzungen kristallisieren in der Raumgruppe P c 21 n, wie durch Rietveld-Verfeinerung von Pulverproben bestätigt wurde. Die wachsende Substitution von Mangan und Chrom führt zu einer Abnahme des Zellvolumens. Die Curie Temperatur Tc für GaFeO3 (SR) beträgt etwa 225K, die bei 1300o präpariert wurden. Die Curie Temperatur steigt bis Raum-temperatur an, wenn die Sintertemperatur auf 700o gesenkt wird. Mit zunehmender Substitution durch Mn und Cr sinkt die Übergangstemperatur und die Koerzitivfeldstärke nimmt ab. Dielektrische Messungen ergaben eine Anomalie bei etwa 250 K für Mn dotierte Proben, die unabhängig von der Temperatur ist, aber abhängig von der Frequenz ist. Dies wurde bei Präparationsmethoden beobachtet. Mit hochauflösender Synchrotronstrahlung ließ sich eine Anomalie der Gitterkonstanten feststellen, ohne allerdings einen kristallographischen Phasenübergang. Durch Kombination von Neutronenbeugungs- und Mössbauerspektroskopie konnte die Besetzung der Kationenplätze bestimmt werden. Die Besetzung der Ga- und Fe-Lagen hängt von der Mn Substitution ab. Unterhalb der magnetischen Übergangsstruktur konnte eine ferrimagnetische Ordnung mit einem Propagationsvektor K=0 aus Neutronendaten abgeleitet werden. Die magnetischen Fe3+ Momente sind parallel zur c-Achse geordnet und haben kleine Komponenten entlang a und b. Die magnetische Struktur wird durch Mn Dotierung nicht geändert, aber das magnetische Moment nimmt mit der Substitution durch Mn ab.German
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Divisions: Fachbereich Material- und Geowissenschaften
Date Deposited: 12 Apr 2011 11:50
Last Modified: 07 Dec 2012 11:59
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-25528
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Fuess, Prof. Dr. Hartmut and Lambert, Prof. Dr. Alff
Refereed: 5 April 2011
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/2552
Export:

Actions (login required)

View Item View Item