초록
Sol-gel 법을 이용하여 $V_xFe_{3-x}O_4$(x=0.0, 0.15, 0.5, 1.0) 박막 시료을 만들어 V 치환에 따른 $Fe_3O_4$의 결정구조적 특성을 X-ray diffraction(XRD)과 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)로 조사하였다. 특히 Fe 이온의 전하상태와 거동에 관하여 강력하게 조사할 수 있는 conversion electron $M\"{o}ssbauer$(CEMS) 분광법을 이용하여 양이온들의 거동과 초미세 자기적 성질을 분석하였다. X-선 회절실험의 결과 $V_xFe_{3-x}O_4(X{\leq}1.0)$ 박막 시료들의 결정구조는 스피넬구조로서 V 조성값 증가에 따라 격자상수값이 약간 증가함을 보여준다. XPS 조사에서 x값 증가에 따라 처음에는 $V^{3+}$ 이온이 B-자리의 $Fe^{3+}$ 이온을 주로 치환하고 x값이 더 커지면서 $V^{2+}$ 이온의 $Fe^{2+}$ 치환도 발생되는 것으로 나타났다. 이것은 격자상수값이 증가하는 분석 결과를 잘 설명하여 준다. CEMS 측정 결과에서 나타난 양이온 거동은 주로 B-자리의 $Fe^{3+}$ 이온에 대한 $V^{3+}$ 이온 치환이 나타나고, V 조성값이 더 크게 증가함에 따라 $V^{2+}$ 이온의 $Fe^{2+}$ 치환도 발생됨을 알 수 있었다. 그리고 이것은 V 치환이 Fe 이온 주위의 국부적 전하분포와 대칭성의 변화를 가져와 초미세 자기적 성질의 변화를 초래함을 의미한다.
The mixed ferrite $V_xFe_{3-x}O_4$(x=0.0, 0.15, 0.5, 1.0) thin films were prepared by sol-gel method. Their crystallographic and magnetic hyperfine properties have been studied using X-ray diffraction(XRD), X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) and conversion electron $M\"{o}ssbauer$ spectroscopy(CEMS). The crystal structure is found to be cubic spinel throughout the series($x{\leq}1.0$), and the lattice parameter $a_0$ increases linearly with increasing V content. XRD, XSP and CEMS indicate that $V^{3+}$ substitution for $Fe^{3+}$ in B-site is superior to $V^{2+}$ substitution for $Fe^{2+}$ in B-site. It is noticeable that both quadrupole shift and hyperfine field decreases with increasing V composition, suggesting the change of local symmetry and accompanying line-broadening. The line-broadening on CEMS spectra can be explained by the distribution of magnetic hyperfine fields.
