سنتز نانومنگنایتها و بررسی خواص الکتریکی و مغناطیسی آنها

در این رساله ویژگیهای ساختاری، مغناطیسی و الکتریکی نمونه های منگنایت با اندازه ذرات میکرومتری و نانومتری ساخته شده با روش سل – ژل مورد مطالعه قرار گرفته است. این کار در دو بخش عمده انجام شده است: بخش اول: نمونه های منگنایت دو لایه ای lasr2mn2o7 با اندازه ذرات 150 تا 1000 نانومتر با روش سل-ژل ساخته شده اند. پس از بهینه سازی شرایط ساخت نمونه ها، مشخص شد که سل آماده شده با 7ph= ، پس از عملیات حرارتی لازم دارای ناخالصی کمتری است و همچنین کمترین دمای باز پخت لازم جهت دستیابی به فاز خالص این نمونه ها، نمی تواند از 1250 درجه سانتی گراد کمتر باشد. بررسی ویژگیهای ساختاری آنها نشان داد که نمونه ها ساختار چارگوش) نوع- 327) sr3ti2o7 با گروه فضایی i4/mmm دارند. اندازه گیری ویژگیهای مغناطیسی با دما و میدان روی نمونه های با اندازه های ذرات متفاوت نشان داد که با کاهش دما، فاز پادفرومغناطیس که همراه با نظم بار می باشد، پدیدار می گردد. ولی دمای گذار فاز مغناطیسی با کاهش اندازه ذرات جابجای قابل ملاحظه ای را نشان نمی دهد و تنها در نمونه با اندازه 150 نانومتر نسبت به بقیه پهن تر شده است. نتایج نشان داد که مقدار مغناطش و مغناطش اشباع در نمونه های با اندازه نانومتری افزایش می یابد. مقاومت الکتریکی نمونه ها با دما اندازه گیری و اثر اندازه ذرات روی آن بررسی و نتایج با مدل های نظری ترابرد الکترونها مطابقت داده شد. همچنین اثر آلایش درصد های مختلف کبالت روی ویژگیهای ساختاری، الکتریکی و مغناطیسی نمونه ها مورد مطالعه قرار گرفت. مطالعه ساختاری نمونه ها نشان داد که جایگزینی کبالت در ترکیب به خوبی انجام شده و تغییر ی در ساختار به وجود نمی آید. مطالعات مغناطیسی نمونه های با آلایش کم (15/0 >) نشان داد که گذار نظم بار با افزایش آلایش به سمت دماهای پایین تر جابجا شده و مقدار مغناطش نمونه ها نیز کاهش می یابد. نتایج بررسی ترکیبات با آلایش زیاد که برای اولین بار گزارش شده است، آشکار کرد که با افزایش جایگزینی یونهای کبالت، گذار نظم بار از بین رفته و الگوی رفتار مغناطیسی عوض می شود. اندازه گیری ویژگیهای مغناطیسی امکان تشکیل خوشه های فرومغناطیس و فاز فرومغناطیس کوتاه برد در نمونه را نشان داد. بخش دوم: در این بخش اثر کاهش اندازه ذرات منگنایت معمولی la0.6sr0.4mno3 روی ویژگیهای مغناطیسی آنها بررسی شده است. این ترکیب دارای فاز فرومغناطیس در دمای اتاق می باشد. تحلیل های ساختاری نشان داد که اندازه ذرات از 20 تا 100 نانومتر و فاز نمونه ها رمبوهدرال با گروه فضایی r-3c است. بررسی های ویژگیهای مغناطیسی نمونه ها نشان داد که ماده از نوع فرومغناطیس نرم بوده و دمای کوری نمونه ها با کاهش اندازه ذرات به صورت جزئی به دماهای پایین تر جابجا می شود. محاسبه گشتاور مغناطیسی موثر نمونه ها از طریق مدل کوری- ویس نشان داد که با کاهش اندازه ذرات، گشتاور مغناطیسی کاهش می یابد. همچنین کاهش مقدار مغناطش اشباع با کاهش اندازه ذرات مشاهده گردید. رفتار مشاهده شده بر اساس مدل مغزه- پوسته بررسی و ضخامت لایه مرده ی مغناطیسی نانوذرات 20 نانومتری حدود 1 نانومتر تخمین زده شد. بررسی رفتار دینامیکی ساختار مغناطیسی نمونه ها بر پایه مدل های پدیده شناسی نیل- براون، وگل فولچر و مدل بحرانی کند کردن آرام نشان داد که بین ذرات برهم کنش قوی وجود دارد. جابجایی دمای قفل شدگی ( یخ زدگی) در نمونه نانو و وابستگی فرکانسی آنها در اندازه گیری پذیرفتاری مغناطیسی متناوب نشان می دهد که می توان وجود رفتار ابرپارامغناطیس و ابرشیشه اسپینی در نمونه ها را پیش بینی کرد. در پایان این بخش مطالعه مغناطوگرمایی نمونه های نانومتری lsmo گزارش شده است. مقادیر محاسبه شده از روابط ترمودینامیکی نشان می دهد که با کاهش اندازه ذرات، تغییر آنتروپی و تغییر دمای آدیاباتیک با کاهش اندازه ذرات کاهش یافته ولی قدرت سردکنندگی برای نمونه ها تقریباً ثابت مانده است. با توجه به ثبات شیمیایی، روش ساده آماده سازی نمونه، ارزان بودن مواد اولیه، ، قابلیت تغییر دمای گذار و و مقادیر مناسب بدست آمده از محاسبات ترمودینامیکی این نمونه ها می توان آنها را به عنوان گزینه ی مناسبی برای سردکننده های مغناطیسی در بالای دمای اتاق و با میدانهای نه چندان بزرگ در نظر گرفت.