โครงสร้างและความเป็นแม่เหล็กของแบเรียมไททาเนตเจือด้วยเหล็กและอบที่อุณหภูมิต่ำ

Abstract

แบเรียมไททาเนตเป็นสารที่มีสมบัติเฟร์โรอิเล็กทริก (ferroelectric) ซึ่งเป็นที่นิยมในการศึกษาสำหรับการนำไปใช้พัฒนาเทคโนโลยีใหม่ เช่น หน่วยความจำสี่สถานะ โดยการสร้างให้มีสมบัติเฟร์โรแมกเนติก (ferromagnetic) โดยการเจือด้วยธาตุโลหะทรานซิชัน สำหรับโครงงานนี้ได้ศึกษาผลของการเจือด้วยเหล็กที่แทนที่ในตำแหน่งไทเทเนียม (BaTi₁-xFexO₃) ด้วยความเข้มข้นต่าง ๆ (x = 0.05, 0.10, 0.20 และ 0.40) โดยการสังเคราะห์ด้วยวิธีการตกตะกอนของสารละลาย (sol-precipitation method) และอบที่อุณหภูมิ 400 องศาเซลเซียส ที่มีต่อโครงสร้างผลึกและสมบัติทางแม่เหล็ก โดยการอบแบเรียมไททาเนตเจือด้วยเหล็กที่อุณหภูมิต่ำจะทำให้มีโอกาสมีโครงสร้างแบบคิวบิกและเตตระโกนอล ซึ่งตรวจสอบโครงสร้างผลึกเครื่องเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ (x-ray diffraction) และเทคนิครามานสเปกโทรสโคปี (Raman spectroscopy) และวัดสมบัติทางแม่เหล็กด้วยเครื่องแมกนีโทมิเตอร์แบบตัวอย่างสั่น (vibrating sample magnetometer, VSM) ซึ่งผลการวิเคราะห์โครงสร้างผลึกที่ได้พบว่าค่าแลตทิซพารามิเตอร์ a,c และปริมาตรของหน่วยเซลล์มีค่ามากขึ้นตามปริมาณของเหล็กที่เจือ ในขณะที่ขนาดของผลึก (crystallite size) และความเป็นเตตระโกนอล (tetragonality) กลับมีค่าน้อยลงเมื่อเจอด้วยด้วยเหล็กที่มีความเข้มข้นสูง และการวัดสมบัติแม่เหล็กพบว่าสารแบเรียมไททาเนตเจือด้วยเหล็กที่ทุกความเข้มข้นที่อบด้วยอุณหภูมิ 400 °C แสดงสมบัติพาราแมกเนติก โดยที่การเพิ่มเข้มข้นของเหล็กจะทำให้สารมีค่าความไวต่อสภาพแม่เหล็ก (magnetic susceptibility) ที่สูงขึ้น แต่ค่าความไวต่อสภาพแม่เหล็กของไอออนของเหล็กจะลดลง