Abstract
The crystallographic properties and cationic distribution of $M_{0.2}Fe_{2.8}O_4$ (M =Mn, Ni, Cu) and $Fe_3O_4$ thin films prepared by sol-gel method have been investigated by X-ray diffraction (XRD) and conversion electron M$\ddot{o}$ssbauer spectroscopy (CEMS). The ionic valence, preferred site, and hyperfine field of Fe ions of the ferrites could be obtained by analyzing the CEMS spectra. The $M_{0.2}Fe_{2.8}O_4$ films were found to maintain cubic spinel structure as in $Fe_3O_4$ with the lattice constant slightly decreased for Ni substitution and increased for Mn and Cu substitution from that of $Fe_3O_4$. Analyses on the CEMS data indicate that $Mn^{2+}$ and $Ni^{2+}$ ions substitute octahedral $Fe^{2+}$ sites mostly, while $Cu^{2+}$ ions substitute both the octahedral and tetrahedral sites. The observed intensity ratio $A_B/A_A$ of the CEMS subspectra of the samples exhibited difference from the theoretical value. It is interpreted as due to the effect of the M substitution for A and B on the Debye temperature of the site. The relative line-broadening of the B-site CEMS subspectra can be explained by the dispersion of magnetic hyperfine fields due to random distribution of M cations in the B sites.
Sol-gel법을 이용하여 $Fe_3O_4$과 $M_{0.2}Fe_{2.8}O_4$(M =Mn, Ni, Cu) 박막 시료을 만들어 M 치환에 따른 $Fe_3O_4$의 결정구조적 특성 및 양이온 분포를 X-ray diffraction(XRD)과 conversion electron M$\ddot{o}$ssbauer(CEMS) 분광법을 이용하여 조사하였다. CEMS 분광법을 이용하여 Fe 이온의 전하상태와 거동과 초미세 자기적 특성을 분석하였다. $M_{0.2}Fe_{2.8}O_4$(M =Mn, Ni, Cu) 시료들은 $Fe_3O_4$에서와 같이 입방정 스피넬 구조를 나타내었으며, Ni 이온 치환된 시료에서는 격자상수 값이 $Fe_3O_4$에서의 값과 비교하여 감소하였고, Mn 및 Cu 이온 치환된 시료에서는 증가하였다. CEMS 분석 결과 $Mn^{2+}$ 및 $Ni^{2+}$ 이온들은 주로 팔면체 자리를 치환하는 것으로 나타났으며, $Cu^{2+}$ 이온들은 팔면체, 사면체 자리를 모두 치환하는 것으로 나타났다. 부스펙트럼들의 세기비 $A_B/A_A$는 계산값과 측정값에 다소 차이가 있었으며, 이것은 M 치환이 A와 B자리의 Debye 온도에 영향을 주는 것으로 해석된다. B-자리 부스펙트럼의 비교적 큰 선폭값은 M 이온 치환에 기인한 B-자리의 M 이온분포가 초미세자기장에 미치는 분포효과로 나타났다.
