Enhancement of structural and magnetıc propertıes of eu and fe doped gdmno3 and cr doped homno3 multıferroıc ceramıcs

Abstract

Eu ve Fe katkılı GdMnO3 ve Cr katkılı HoMnO3 multiferroik seramikleri yapısal ve manyetik özelliklerinin geliştirilmesi. Perovskit yapıdaki nadir toprak manganezleri yıllar boyunca ferroelektrik ve ferromanyetik düzenleri birlikte bulundurdukları için çok fazla ilgi çekmişlerdir. Aynı fazdaki ferroik düzenlerin bileşimi yada bağlantısı gelecekteki bilgiyi elektrik alanı uygulayarak manyetik hafıza elementlerine yazan bilgi-teknolojisi cihazlarında uygulanabilir. REMnO3 hem hegzagonal hem de ortorombik perovskit yapıda kristallenebilir; ortorombik manganitler REMnO3 manyetoelektrik multiferroiklerin bir grubunu oluşturmaktadır. Özellikle, HoMnO3 ve GdMnO3 düşük sıcaklıkta manyetik fazı, elektrik alanı uygulanarak kontrol edilebilmesi nedeniyle önemli bir manyetoelektrik malzemedir. Bu çalışmada, GdMnO3 seramik yapısında Gd ve Mn iyonlarının yerine Eu ve Fe katkılanmıştır. HoMnO3 bileşiğinde ise Mn yerine Cr iyonu katkılanmıştır. Gd1-xEuxMnO3, GdMn1-xFexO3 ve HoMn1-xCrxO3 seramikleri katı hal reaksiyonu olan oksitlerin karışımı yöntemiyle üretilmiştir. Üretilen numunelerin yapısal ve manyetik özellikleri X-ışınları difraksiyonu, taramalı elektron mikroskobu, enerji dağılım spektroskopisi ve titreşimli numune manyotometresi gibi farklı karakterizasyon teknikleriyle incelenmiştir. X-ışınları difraktometresi ve taramalı elektron mikroskobu HoMn0.8Cr0.2O3 haricinde üretilen tüm numunelerin tek fazlı yapıda olduğunu göstermiştir. 10 K gibi düşük sıcaklıkta gerçekleştirilen manyetik ölçümler, katkılı numunelerin ferromanyetik ve anti ferromanyetik özellik gösterdiğini kanıtlamıştır. Eu katkılı GdMnO3 ve Cr katkılı HoMnO3 numuneleri belirli katkı oranlarında ilginç ferromanyetizm davranışı sergilemişlerdir. Bu büyük bir ihtimalle yapıdaki küçük distorsiyondan kaynaklanmaktadır. Eu katkılı GdMnO3 ve Cr katkılı HoMnO3 numuneler daha iyi ferromanyetik özellikler göstermesi nedeniyle multiferroik uygulamalar için potansiyel aday olabilirler.

ENHANCEMENT OF STRUCTURAL AND MAGNETIC PROPERTIES OF Eu AND Fe DOPED GdMnO3 AND Cr Doped HoMnO3 MULTIFERROIC CERAMICS The perovskite rare earth manganites have attracted a great deal of interest for many years because of the coexistence of (anti) ferromagnetic and ferroelectric orders in these materials. The coupling or connection of ferroic orders in the same phase can be applied in future information-technology devices in which data can be written to magnetic memory elements by applied electric fields. REMnO3 can be crystallized in both hexagonal and orthorhombic perovskite structure; the orthorhombic manganites REMnO3 are one group of magnetoelectric multiferroics. In particular, HoMnO3 and GdMnO3 are good magnetoelectric materials in the sense that their magnetic phase at low temperature can be controlled by an applied electric field. In this study, Eu and Fe cations were doped into the GdMnO3 ceramic to replace Gd and Mn ions, respectively. Cr was doped into the HoMnO3 compound to replace Mn. Gd1-xEuxMnO3, GdMn1-xFexO3 and HoMn1xCrxO3 (x=0.2 and 0.8) compounds were prepared by solid state reaction route. Several different characterization techniques were used to investigate the structural and magnetic properties of the samples including, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy and vibrating sample magnetometer. All samples except HoMn0.8Cr0.2O3 indicated single phase which confirmed by x-ray diffraction and scanning electron microscopy. Magnetic measurement of the doped samples at low temperature of 10 K revealed the existence of both ferromagnetic and antiferromagnetic order that the Eu doped GdMnO3 and Cr doped HoMnO3 samples exhibited interesting ferromagnetism behavior with certain doping concentration which could be possibly due to slight structural distortion in the lattice. Eu doped GdMnO3 and Cr doped HoMnO3 samples could be the potential candidate for multiferroic application exhibiting better ferromagnetic property.