ผลของการแทนที่ La ด้วย Sr และ Gd ในสารประกอบเพอรอฟสไกต์ La1-x-ySrxGdyMnO3 ที่มีต่อโครงสร้างและสมบัติทางแม่เหล็ก

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาโครงสร้างผลึก ลักษณะสัณฐานวิทยา และสมบัติทางแม่เหล็กของสารประกอบแมงกาไนต์โครงสร้างแบบเพอรอฟสไกต์ของ La_1-x-ySr_xGd_yMnO₃ (LSGM) ซึ่งกำหนดให้มีการแทนที่ของทั้ง Sr และ Gd ในตำแหน่งของ La (หรือตำแหน่ง A-site) ในปริมาณที่ทำให้สารตัวอย่างทุกตัว มีค่า 〈_A 〉 หรือค่าขนาดรัศมีไอออนเฉลี่ยที่อยู่ในตำแหน่ง A-site คงที่อยู่ที่  1.24 Å โดยที่ผลของปริมาณ Mn⁴⁺ และค่าความไม่สอดคล้องกันของขนาดไอออนที่ตำแหน่ง A-site (หรือ ²) ที่เปลี่ยนแปลงตามปริมาณการแทนที่นี้เป็นตัวแปรสำคัญที่ถูกนำไปพิจารณา สารตัวอย่างผงอนุภาคนาโน LSGM ถูกเตรียมด้วยวิธีการสลายตัวทางความร้อนโดยใช้น้ าที่อุณหภูมิ 900 ºC เป็นเวลา 6 ชั่วโมง ก่อนนำไปศึกษาวิเคราะห์ด้วยเทคนิค SEM, TEM, XRD และ VSM ผลจากเทคนิค XRD แสดงให้เห็นว่าทุกสารตัวอย่างมีโครงสร้างเพอร์รอฟสไกต์ที่มีโครงสร้างผลึกแบบรอมโบฮีดรอล ผลการตรวจสอบลักษณะสัณฐานวิทยาจากภาพถ่าย SEM และ TEM พบว่าอนุภาคที่เตรียมได้มีขนาดเฉลี่ยอยู่ในช่วง 28 – 40 nm และมีลักษณะเป็นทรงกลมเกาะกลุ่มรวมกัน ผลทางแม่เหล็กพบว่าทุกสารตัวอย่างแสดงพฤติกรรมความเป็นแม่เหล็กเฟอร์โรแบบอ่อนๆ ทั้งนี้การเพิ่มขึ้นของปริมาณไอออน Mn⁴⁺ และค่า ² ส่งผลให้ขนาดอนุภาค แมกนีไตเซชัน (M) และอุณหภูมิคูรี (T_C) มีค่าลดลงอย่างมาก เนื่องจากการเพิ่มชั้นสารแม่เหล็ก Gd เข้าไปในโครงสร้าง และการเพิ่มสูงขึ้นของค่า ² จะส่งผลต่อพฤติกรรมการจัดเรียงตัวของสปินในโครงสร้าง และทำให้ไอออน Mn³⁺ และ Mn⁴⁺ มีการจัดเรียงตัวเป็นไปแบบสุ่ม ซึ่งเป็นการทำลายความระเบียบของโครงสร้างที่มีการจัดเรียงตัวแบบเฟอร์โรที่เป็นสายยาวให้กลายเป็นการจัดเรียงตัวกันเป็นกลุ่มสั้นๆ จนเกิดเป็นสถานะแม่เหล็กในรูปแบบของ spin-cluster glass