Bazı spineller ve YBiPt kristallerinde paramanyetik rezonans incelemeleri
Paramagnetic resonance studies on some spinels and YBiPt crystals
- Tez No: 134408
- Danışmanlar: PROF. DR. BEKİR AKTAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2003
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 100
Özet
ÖZET Bu çalışmada farklı kristal yapıya sahip üç adet bileşik elektrik ve manyetik-' özelliklerinin belirlenmesi amacıyla Elektron Paramanyetik Rezonans(EPR) tekniği kullanılarak incelenmiştir. İncelenen kristaller sırasıyla Er3+ ve Gd3+ iyonları katkılı YBiPt yarı -metalik bileşiği, Cr3+ ve Mn2+ iyonları katkılı ZnAİ2S4 spinel bileşiği ve üçlü kalkojenit (chalcogenide) yapıda Fe3+ katkılı yarı iletken TlGaS2 bileşikleridir. Ağır fermiyon yapısında kristalleşen YBiPt bileşiği üzerindeki çalışmalar 4-3 00K sıcaklık aralığında X-bant ve Q-bant EPR spektrometreleri kullanılarak icra edilmiştir. Her iki spektrometreden alınan ölçümlerde oda sıcaklığında da gözlemlenen g=1.99 değerine sahip çok şiddetli izotropik bir pikin yanında 30 K sıcaklığının altındaki değerlerde iki adet anizotropik sinyal kayıt edilmiştir. Bu iki sinyalin de lt,7Er3+ (1=7/2) izotopunun elektronik ve çekirdek spinleri arasındaki aşırı-ince yapı etkileşmesinden kaynaklanan 8 adet aşırı-ince yarılma piklerine sahip olduğu tespit edilmiştir. Bir S-durum iyonundan beklenen g değerine sahip olması ve yüksek sıcaklıklarda da gözlemlenebilmesi nedeniyle çok şiddetli izotropik pikin kaynağının bileşikte safsızlık iyonu olarak yer alan Gd3+ iyonları olduğu sonucuna varılmıştır. Her iki iyondan kayıt edilen EPR sinyallerinin Dysonian çizgi şeklinde ortaya çıkması bileşiğin iletkenlik özelliği açısından metalik karakterde olduğunu göstermektedir. Er3+ iyonlarının toplam açısal momentum değeri J=15/2 dir. Bu sebeple durgun bir manyetik alanın etkisinde enerji seviyelerinde 16 adet yarılma olacaktır. Yapılan teorik ve bilgisayar analizleri sonucu 16 adet seviyenin kristal alanın etkisi ile 3 adet dörtlü ve 2 adet ikili gruba ayrıldığı ve dörtlü gruplardan birinin taban durum seviyelerini oluşturduğu saptanmıştır. Yine iki anizotropik sinyalin taban durumunda ki dörtlü grubun enerji seviyeleri arasındaki izinli geçişlerden kaynaklandığı tespit edilmiştir. Kristal alan parametreleri B4= -5.68xlCT* cm“1 ve B6= -6.64xl0”6 cm"1 olarak hesaplanmıştır. İzotropik Gd3+ sinyalinin çizgi genişliğinin sıcaklık bağımlılığı Gd3+ manyetik momentleri ve iletkenlik elektronları arasında gerçekleşen Korringa durulma etkisine (dHpp=a+bT) atfedilmiştir. Çizgi genişliğinin sıcaklığa bağımlılığından çizdirilen eğrinin eğimi kullanılarak değiş tokuş etkileşme sabiti Jsf= 100 meV olarak hesaplanmıştır. Gd3+ sinyalinin şiddeti (manyetizasyon ile orantılıdır) 140 K sıcaklık değerinin altında paramanyetik iyonlariçin Curie yasasına uyarken bu değerin üzerinde bu yasadan az da olsa bir sapma göstermektedir. Spinel Z11AI2S4 bileşiği sadece X-bant EPR spektrometresi kullanılarak incelenmiştir. Kristal alan simetrisi ve elektronik yapının 10-300 K aralığında sıcaklığın fonksiyonu olarak incelenmesi amacıyla paramanyetik safsızlık düzeyinde Cr3' ve Mn2' iyonları yapıda bulunan Al3+ ve Zn ' iyonları ile yer değiştirilmiştir. Safsızlık iyonlarının etrafındaki kristal alan simetrisinin tespiti ESR spektrumlarının açısal bağımlılığı incelenerek yapılmıştır. Bu örnekte iyi çözümlenmiş otuz bir adet dar pikden oluşan çoklu bir ESR spektrumu gözlemlenmiştir. Bu yapının kaynağının Cr3+ iyonuna ait çiftlenmişiz elektronların spinleri ile oktahedral mevkide yer alan altı tane komşu Al27 (1=5/2) atomunun çekirdek spinleri arasındaki aşırı-ince yapı etkileşmesi olduğu gösterilmiştir. Birbirinden oldukça net bir şekilde ayrılmış enerji seviyelerinin varlığı bileşiği lazer uygulamaları için iyi bir aday yapmaktadır. Ayrıca aşırı-ince yapı piklerinin anizotropik özellik gösterdiği saptanmıştır. Yukarıdaki piklere ek olarak, aynı örneğin ESR spektrumunda, bu çoklu ile kıyaslandığında tetrahedral mevkide yer alan Mn+2 (1=5/2) iyonuna ait aşırı-ince etkileşimden kaynaklanan daha zayıf altı tane pik de gözlenmiştir. EPR verileri üzerinde yapılan bilgisayar analizi kristalin homojen ve düzgün bir yapısı olduğunu göstermiştir. Cr3+ atomuna ait manyetik elektronlar yine Cr ' üzerinde % 98.6 oranında yerleşik iken Mn2+ ye ait çiftlenimsiz elektronlar % 20 oranında komşu atomlarla (muhtemelen Zn,S,Al) kovalent bağ yapmak için delokalize (gezgin) durumda bulunmaktadırlar. Sıcaklığın yüksek değerlerde yerleşim özellikleri üzerinde herhangi bir değişiklik meydana getirmediği, yani, kristal simetrinin kararlı olduğu anlaşılmıştır. Ancak düşük sıcaklık değerlerinde bileşiğin normal spinel yapıdan ters spinel yapıya geçtiğine dair bulgular elde edilmiştir. Diğer yandan monoklinik kristal yapısındaki Fe3+ katkılı TlGaS2 bileşiğinin X-bant EPR çalışmaları 40-300 K sıcaklık aralığında yapılmıştır. Kristalin tutucu üzerinde 4 değişik pozisyonda yerleştirilerek değişik kristal yönelimlerinde kayıt edilen ESR piklerinin sayısı 2 ila 5 arasında değişmektedir. Kaydedilen piklerin hepsi anizotropik davranış sergilemektedirler. S-taban durum iyonu olan Fe3+ ün elektronik spin değeri S=5/2 dir. Dolayısıyla kristal alan etkisi altında 2S+1 kuralına göre enerji seviyeleri 6'ya yarılır ve mümkün olan izinli geçiş sayısı 5 olur. Bunedenle gözlemlenen tüm anizotropik piklerin manyetik kaynağının Fe3 + iyonu olduğu tahmin edilmiştir. Kristalin tutucu üzerinde yerleştirildiği pozisyon ve manyetik alanın yönelimine bağlı olarak bazı durumlarda izinli geçişlerle karşılaştırıldığında şiddetleri oldukça düşük yasak geçişler de gözlemlenmiştir. İzinli geçişlerde gözlemlenen pik sayısındaki değişiklik kristal anizotropiye ve kristal alanın etkisine bağlı olarak bazı geçişlerin ya hiç oluşmaması, ya da, üst üste binmelerinden kaynaklanmaktadır. Kayıt edilen EPR pikleri sıcaklığa bağımlı olarak kayda değer değişiklikler göstermemiştir. Kristal alan simetrisi hakkında kesin bir değerlendirme yapılabilmesi için bilgisayar programı yazılmış ve kristal alan parametreleri tespit edilmeye çalışılmıştır. Ancak öngörülen tüm simetrilere uygun yapılan teorik analizlerle deneysel sonuçlar kristalin belli yönelimleri dışında arzu edilen seviyede uyum sağlamamıştır. Bu yönde çalışmaların devam ettirilmesinde fayda görülmektedir.
Özet (Çeviri)
vıı SUMMARY In this study, three different crystals have been investigated to specify the ' electrical and magnetic properties by using Electron Paramagnetic Resonance (EPR) or equivalents Electron Spin Resonance (ESR) technique. These crystals are respectively Er and Gd doped semi-metallic compound YBiPt, Cr and Mn ions doped spinel Z11AI2S4 compound and Fe3+doped ternary chalcogenide TlGaS2 semiconducting compound. The semi-metallic cubic YBiPt compound doped by Er3+ and Gd3+ ions has been studied by ESR technique in the X and Q-bands between 4-300 K. Two anisotropic field-derivative absorption lines with hyperfine peaks due to the interaction between electronic and nuclear spins of 167Er3+ (1=7/2) isotope have been observed below 30 K. Dysonian lineshape of the Er and Gd ESR signals shows a conducting character of studied samples as well. Er + ion has J=15/2 total angular momentum so it has 16 splitted energy levels. Computer modeling has shown that these levels are divided into three quadruplets and two doublets due to crystalline field. One of the quadruplets is in the ground state. These two anisotropic lines appeared in ESR spectra belong to the two allowed transitions in the quadruplet ground state of Er + ions in the ligand crystal field of cubic symmetry. The values of crystal field parameters B4= -5.68x1 0“4 cm”and Bb= -6.64x1 0“6 cm”1 have been deduced. An additional isotropic line with g=1.99 observed in both frequency bands has been attributed to the Gd impurities. The temperature dependence of peak-to- peak linewidth of Gd3+ signal has been well described by the Korringa relaxation (dHpp=a+bT) of Gd magnetic moments due to exchange interactions with the conduction electrons. The value of exchange constant Js/= 100 meV have been estimated from the Korringa slope of b=0.12 Oe/K. While the intensity of Gd3+ signal, which is proportional to the magnetization, obeys the Curie's law for paramagnetic ions at low temperatures, it slightly deviates from Curie's law at the temperatures above 140 K. The spinel ZnAİ2S4 compound has been studied by EPR technique only X-band as well. Paramagnetic Cr3+ and Mn2+ ions have been substituted for Al3+ and Zn2+ ions to investigate crystalline field symmetry and electronic structure as a function ofyııı the temperature between 10-300K. A multiplet structure containing 31 very sharp peaks have been observed and have been attributed to the Cr3+ ion substituted for Al3+ ion located at octahedral site. These peaks show slightly anisotropic behavior. In addition to this multiplet 6 hyperfine lines arise due to interaction between electronic and nuclear spins(I=5/2) of Mn2+ ion located at tetrahedral site. Mn2+ signals show isotropic behavior with respect to orientation of static magnetic field. Computer analysis of the EPR data indicated a high homogeneity and quality for the crystal. The magnetic electrons of Cr3+ ion are highly localised (98.6%) on Cr3+ site, while the unpaired electrons of Mn2+ are significantly delocalised (about 20%) due to covalent bounding with neighboring atoms (possibly Zn, S, Al). At high temperature values, the Z11AI2S4 crystal was shown to be in the normal spinel structure without any significant distortion detectible even by a very high sensitive technique like ESR. But the temperature has considerable effects on the localization properties of the electrons. Low temperature experimental studies show that there is conversion from normal spinel structure to the inverse spinel structure. Monoclinic Fe3+ doped TlGaS2 crystal compound have been investigated by X-bant EPR spectrometer between 70-300 K temperature interval as well. The number of the observed ESR peaks in an ESR spectrum varies between 2-5 depending on the orientation of the crystalline sample with respect to the external magnetic field. The spectra show quite anisotropic behaviour. Fe3+ ion(S=5/2) in cubic crystalline field has been predicted as magnetic center to these maximum 5 allowed transitions. There are also detected forbidden transitions at certain orientations of static field. But the observed forbidden peaks are very weaker compared to allowed transition peaks. The change at the amount of peak number has been attributed to the crystal field effects or to the superposition of anisotropic signals at certain orientations of DC field. The recorded ESR signals at high and low temperature did not show any remarkable differences. A computer program has been written to determine the crystalline field symmetry and crystal parameters. Unfortunately experimental and theoretical studies did not fit to each other at desired levels although every anticipated case have been tried to reach a reliable result.
Benzer Tezler
- Demir içeren seramik boyaları üzerine bir inceleme
A Researchon ceramic stains that contain iron
HALİL GÜRDAL ÖZÇALIK
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Güzel SanatlarDokuz Eylül ÜniversitesiSeramik Ana Sanat Dalı
PROF. DR. ZELİHA METE
- Güneybatı Anadolu kromit yataklarının platin grubu element (PGE) potansiyelleri
Platinum group element (PGE) potentials of the South-Western Anatolian chromite deposits
MEHMET AKBULUT
Doktora
Türkçe
2009
Jeoloji MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZKAN PİŞKİN
- Proton ve fluor spini içeren bazı organik moleküllerde NMR aşırı ince yapısının bilgisayar yardımıyla elde edilmesi
Başlık çevirisi yok
HÜSEYİN OVALIOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Fizik ve Fizik MühendisliğiUludağ ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF.DR. AYTAÇ YALÇINER
- Şanlıurfa geleneksel dövme motiflerinin dijital baskılı yaygı tasarımlarında kullanımı
The usage of Şanlıurfa traditional tattoo motifs in digital printed floormat designs
ESRA KOCAMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Güzel SanatlarMimar Sinan Güzel Sanatlar ÜniversitesiHalı Kilim ve Geleneksel Kumaş Desenleri Ana Sanat Dalı
DOÇ. NAİME DİDEM ÖZ
- Süpersimetrik kuantum elektrodinamiği
Supersymmetric quantum electrodynamics
YAKUP EMÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER FARUK DAYI