โครงสร้างและสมบัติความเป็นแม่เหล็กของแบเรียมไททาเนตเจือด้วยเหล็กเตรียมด้วยวิธีตกตะกอนของสารละลาย

Abstract

โครงงานนี้ได้ทาการสังเคราะห์ผงแบเรียมไททาเนตบริสุทธิ์ (BaTiO₃) และที่เจือด้วยเหล็ก (BaTi₁-xFexO₃) ความเข้มข้นต่างกันโดยโมล (x = 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.8) ซึ่งเตรียมโดยวิธีตกตะกอนของสารละลาย (sol-precipitation method) จากผลการวิเคราะห์โครงสร้างผลึกพบว่า ผงแบเรียมไททาเนตที่เจือด้วยเหล็ก มีค่าแลตทิซพารามิเตอร์ และ ใกล้เคียงกันประมาณ 4.02 อังสตรอมในทุก ๆ ความเข้มข้น การวิเคราะห์ที่ระนาบ (111) และ (200) ของข้อมูลที่ได้จากการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ พบว่า เมื่อเจือด้วยเหล็กที่มีความเข้มข้นสูงขึ้นอัตราส่วนความกว้างของยอดตาแหน่งครึ่งหนึ่งของความสูงสูงสุด (full width at half maximum) ของระนาบ (111) ต่อ (200) มีแนวโน้มเพิ่มขึ้น และอัตราส่วนความสูงสูงสุด (peak height) ของระนาบ (111) ต่อ (200) มีแนวโน้มลดลง ในขณะเดียวกันขนาดของจุลผลึกเฉลี่ยมีแนวโน้มลดลงทาให้มีความเป็นเตตระโกนอลน้อยลง สอดคล้องกับผลการวิเคราะห์ Raman shift ที่ 305 cm⁻¹ ด้วยเทคนิครา มานสเปคโตรสโคปีซึ่งพบว่า แนวโน้มของความสูงและพื้นที่ใต้กราฟของ Raman shift ที่ 305 cm⁻¹ ลดลง แสดงให้เห็นว่ามีความเป็นเตตระโกนอลน้อยลง และจากการศึกษาสมบัติทางแม่เหล็ก โดยใช้เครื่องแมกนีโต มิเตอร์แบบตัวอย่างสั่น (vibrating sample magnetometer: VSM) พบว่า ผงแบเรียมไททาเนตบริสุทธิ์มีความเป็นเฟร์โรแมกเนติก เนื่องจากเกิดช่องว่างของออกซิเจนทาให้ Ti₄+ เปลี่ยนเป็น Ti₃+ ทาให้เกิดอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว และสปินรวมไม่เป็นศูนย์ และที่เจือด้วยเหล็กทุกความเข้มข้นแสดงสมบัติพาราแมกเนติก คาดว่าเกิดจากปริมาณของเหล็กที่เจือน้อยจนทาให้ไม่เกิดการคู่ควบกันของเหล็ก เมื่อเจือด้วยเหล็กที่ความเข้มข้นสูงขึ้น ค่าความไวต่อสภาพแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้นด้วย ในทางกลับกันความไวต่อสภาพแม่เหล็กต่อเหล็กที่เจือมีค่าลดลงพบว่าเมื่อเจือด้วยเหล็กที่ความเข้มข้นสูงขึ้น ซึ่งคาดว่าเกิดจากการที่เหล็กแต่ละตัวมีอันตรกิริยากันแบบแอนติเฟร์โรแมกเนติก (antiferromagnetic)