Mössbauerspektroskopi av Ni0,5 Zn0,5 Fe2O4 och Ni0,5 Zn0,3 Co0,2 Fe2 O4

Abstract

Spinellstrukturer innehållande nickel och zink, spelar en viktig roll i dagens nanoteknik och forskningen inom medicin- och teknikindustrin. Det är framförallt de magnetiska och elektriska egenskaperna hos dessa strukturer som gör dem till mycket intressanta forskningsobjekt.

Mössbauerspektroskopin, som baserar sig på en rekylfri emission eller absorption av gammastrålning, möjliggör observationer av energiskillnader på ca. 10−8 eV. Metoden är därför mycket lämplig för att undersöka magnetiska egenskaper och hyperfinstrukturen för olika ämnen som innehåller järn.

I detta arbete analyserades pulveriserade prov av spinellerna Ni0,5Zn0,5Fe2O4 och Ni0,5Zn0,3Co0,2Fe2O4, med Mössbauerspektroskopi. Syftet med detta arbete var att, med hjälp av Mössbauerspektroskopi, undersöka de båda provens hyperfinstruktur och samtidigt förklara hur de båda proven är uppbyggda och vilka växelverkningar som finns mellan de olika atomerna i proven.

Mätningar med och utan ett externt magnetfält gjordes för de båda proven vid totalt åtta olika temperaturer mellan 77 K och 315 K. Det erhållna mätdatat anpassades med hjälp av ett datorprogram till ett färdigt spektrum och samtidigt gav anpassningsprogrammet mätvärden för de olika Mössbauerparametrarna: isomeriförskjutningen, kvadrupolkopplingskonstanten och magnetfältet.

Anpassningarna resulterade i totalt sju olika komponenter för Ni0,5Zn0,5Fe2O4 provet och sex komponenter för Ni0,5Zn0,3Co0,2Fe2O4 provet. Varje komponent motsvarar positionen för en järnatom i provets gitterstruktur. På basen av isomeriförskjutningen kunde man dra slutsatsen att båda proven innehöll Fe3+ järn med spin 5/2 eller spin 3/2.

För Ni0,5Zn0,5Fe2O4 provet uppvisade kvadrupolkopplingskonstanten för komponent två att provet innehöll en hematit (��−Fe2O3) förorening. Magnetfältet för de båda proven avtog då temperaturen ökade, vilket överensstämde väl med teoretiska värden. Anpassningen resulterade också i en paramagnetisk komponent för både Ni0,5Zn0,5Fe2O4 och Ni0,5Zn0,3Co0,2Fe2O4 provet.

I arbetet gavs också en redogörelse för Ni0,5Zn0,5Fe2O4 och Ni0,5Zn0,3Co0,2Fe2O4 provens struktur och de olika jonernas positioner i enhetscellen. Till slut gjordes även en jämförelse mellan teoretiska beräkningar, baserade på binomialfördelningen och experimentella värden, som baserades på arean av de olika spektrallinjerna för Ni0,5Zn0,5Fe2O4 provet. Någon tydlig överensstämmelse mellan binomialfördelningens resultat och de experimentella värdena kunde dock inte ses.