Document

Crystal structure, magnetic and Mössbauer studies of iron doped rare earth manganites RFexMn1-xO3 (R = Gd, Dy and Er).

Source
Doctoral dissertation
Other titles
الدراسات التركيبية والمغناطيسية والموسبور لمركبات المنجانيت الأرضية النادرة المشوبة بالحديد RFexMn1-xO3 (R = Gd, Dy and Er)
Country
Oman
City
Muscat
Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2024
Language
English
Thesis Type
Doctoral dissertation
English abstract
Three series of iron-doped rare-earth manganites RFexMn1-xO3 (R = Gd, Dy and Er, 0.0 ≤ x ≤ 1.0) compounds were synthesized using sol-gel auto-combustion technique. The materials were characterized using structural, magnetic and electric characterization techniques. Orthorhombic structure (Pnma space group) featured the first two series (GdFexMn1-xO3 and DyFexMn1-xO3) with high phase purity and crystallinity. Whereas, the third series of ErFexMn1-xO3 exhibited a structural transition from the hexagonal (P63cm) to orthorhombic (Pbnm) with the increase of iron content having a mixed hexagonal-orthorhombic phase in the concentration range of 0.2–0.6. Structural analysis revealed a distorted core structure of the prepared samples accompanied with complex composition of the surface layers. The Néel temperature (TN) was observed to shift towards higher temperatures with the increase of Fe3+ content, for the three series, reaching a value close to room temperature of 294 K, 344 K and 326 K at GdFe0.3Mn0.7O3, GdFe0.5Mn0.5O3 andErFe0.2Mn0.8O3, respectively. The inclusion of Fe3+ also induced spin reorientation temperature (TSR) at a specific iron concentration that exhibited a decreasing trend with increasing the Fe3+ content, for the three series, having values of 305 K, 319 K and 275 K for DyFe0.5Mn0.5O3, ErFe0.2Mn0.8O3 and ErFe0.4Mn0.6O3, respectively, near room temperature. Cusps in the zero-field-cooled (ZFC) curves were detected at low temperatures ( 10 K) as an indication of the ordering of the rare earth spins. 57Fe Mӧssbauer spectra with low iron content of the three series were dominated by paramagnetic doublets at both 295 K and 78 K, while high iron samples revealed magnetic sextets showing well-resolved patterns that indicated strong AFM coupling of Fe3+ ions. The distribution in the hyperfine magnetic field were applied for the broadened magnetic peaks in GdFexMn1- xO3 and DyFexMn1-xO3. Mössbauer spectra for ErFexMn1-xO3 are rather complicated due to the presence of mixed orthorhombic and hexagonal phases where the identification of many components in the spectra signifies the presence of different chemical environments surrounding the Fe atoms. The hyperfine magnetic field (Bhf) magnitude demonstrated a linear increase with the increase of iron doping in the three series. The isomer shift values of all samples measured at 295 K and 78 K confirm the dominance of Fe in the trivalent oxidation state (Fe3+). The dielectric permittivity and dielectric loss of the GdFexMn1-xO3 particles show frequency-dependent behavior.
Arabic abstract
تم تحضير ثلاث متسلسلات من مركبات المنجانيت الارضية النادرة المشوبة بالحديد بناء على المعادلة الكيميائية الاحتراق تقنية باستخدام) 0.0 ≤ x ≥ 1.0) مختلفة بتراكيز RFexMn1-xO3 )R = Gd, Dy, and Er) التلقائي للسائل الهالمي )gel-sol )وذلك بغرض دراسة وفهم خواصها. تم تحليل المواد بواسطة عدة طرق تجريبية لدراسة الخواص التركيبية والمغناطيسية والكهربائية. تتميز التركيبة البلورية لكل من المتسلسلتين )3xO1-GdFexMn و 3xO1-DyFexMn )ببنية نقية أحادية الطور من المعين متعامد المحاور) Pnma). بينما انتقا ) cm63P )إلى الا أظهرت المتسلسلة الثلاثة )3xO1-ErFexMn )في التركيبة البلورية من الهيكل السداسي المعين متعامد المحاور)Pbnm )مع زيادة تركيز الحديد حيث تتبلور العينات في طور مختلط من الهيكل السداسي و المعين متعامد المحاور في نطاق التركيز من 0.2 إلى .0.6 تشير التحاليل التركيبية لهذه المواد أن البنية المشوهة لألجزاء الداخلية مصحوبة بتكوين معقد للطبقات السطحية. بينت القياسات الم غناطيسية أن درجة حرارة نيل (TN ( Fe لتصل إلى قيمة قريبة من درجة حرارة الغرفة، حيث 3+ للمتسلسالت الثلاث تتزايد مع زيادة نسبة التشويب سجلت درجات حرارة 294 درجة كلفن، 344 درجة كلفن، و 326 درجة كلفن للمركبات )3O0.7Mn0.3GdFe و 3O0.5Mn0.5GdFe وO0.8Mn0.2ErFe) على التوالي. وقد نتج أيضا عن تضمين الحديد في Fe 3+ المتسلسالت الثلاث إعادة ترتيب الدوران عند درجة حرارة معينة )TSR )التي أظهرت سلو اكا تنازلياا مع زيادة 3+ كمية Fe، حيث سجلت درجات حرارة قريبة من درجة حرارة الغرفة لمركبات )3O0.5Mn0.5DyFe و 3O0.8Mn0.2ErFe و 3O0.6Mn0.4ErFe ) بقيم 305 درجة كلفن و 319 درجة كلفن و 275 درجة كلفن على التوالي. لوحظ وجود قمة في منحنيات التبريد مع صفر مجال مغناطيسي) ZFC )عند درجات حرارة منخفضة ) أقل من 10 درجة كلفن( كدليل على ترتيب عزم الدوران للعناصر الارضية النادرة. سيطرت الثنائيات البارامغناطيسية على أطياف الموسبور للعينات ذات المحتوى المنخفض من الحديد في المتسلسالت الثلاثة عند 295 درجة كلفن و78 درجة كلفن، في حين بينت العينات ذات التشويب العالي بالحديد وجود أنماط واضحة من السداسيات المغناطيسية تشير إلى قوة الاقتران الفيرومغناطيسي المضاد (Antiferromagnetic (أليونات Fe. تم تطبيق التوزيع في المجال المغناطيسي على القمم المغناطيسية الموسعة في 1-GdFexMn 3+ 3xOو xO1-DyFexMn. تعتبرأطياف الموسبور لـعينات 3xO1-ErFexMn معقدة إلى حد ما بسبب وجود تركيبة بلورية مختلطة من الهيكل السداسي والمعين متعامد المحاور حيث يشير استخدام العديد من المكونات في الاطياف إلى وجود بيئات كيميائية مختلفة تحيط بذرات الحديد. أما بالنسبة ل لمجال المغناطيسي فائق الدقة )Bhf )فقد أظهر زيادة خطية مع زيادة التشويب بالحديد في المتسلسالت الثلاث. تؤكد قيم إزاحة الايزومر لجميع العينات المقاسة Fe). تُظهر السماحية 3+ عند 295 درجة كلفن و78 درجة كلفن وجود الحديد في حالة الاكسدة ثلاثية التكافؤ ) العازلة والفقد في العزل الكهربائي لمركبات 3xO1-GdFexMn سلو اكا يعتمد على التردد.
Category
Theses and Dissertations

Same Subject

Theses and Dissertations
0
0
Al-Siyabiyah, Abeer Abdullah Khalfan.
Sultan Qaboos University.
2021
Theses and Dissertations
0
0
Al-Yahmediyah, Khadija Humaid Mohammed.
Sultan Qaboos University.
2020