Mössbauer Study of Tb₂Bi₁Ga_xFe_5-xO₁₂(x=0, 1)

Abstract

$Tb_2Bi_1Ga_xFe_{5-x}O_{12}$(x=0, 1)의 조성을 가지는 분말 시료를 sol-gel 법과 진공봉합 열처리를 이용하여 합성하였다. x선 회절기, $M\ddot{o}ssbauer$ 분광기를 이용하여 시료의 결정구조 및 Ga 이온의 점유도에 관하여 연구하였다. XRD측정결과 $Tb_2Bi_1Ga_xFe_{5-x}O_{12}$ (x=0, 1)의 결정구조는 Ia3d의 공간그룹을 갖는 cubic 구조이며, $Tb_2Bi_1Fe_5O_{12}$와 $Tb_2Bi_1Ga_1Fe_4O_{12}$의 격자상수 $a_0$는 각각 $12.497\AA$, $12.465\AA$으로 분석되었다. Rietveld 분석법을 이용하여 각 이온들이 점유하는 각각의 부격자 위치를 연구하였다. $Tb_2Bi_1Ga_1Fe_4O_{12}$ 시료의 분석결과, Tb, Bi 이온은 24c 자리에, Fe 이온은 24d, 16a 자리를 점유하였으며, 비자성 이온인 Ga 이온은 모두 16a 자리를 점유하는 것으로 분석되었다. $Tb_2Bi_1Ga_xFe_{5-x}O_{12}$(x=0, 1)의 미시적인 자기구조를 분석하기 위해 시료들의 $M\ddot{o}ssbauer$스펙트럼을 측정하였다. 상온에서의 $M\ddot{o}ssbauer$스펙트럼 측정결과 철 이온들의 흡수 면적비는 $Tb_2Bi_1Fe_5O_{12}$의 경우 24d와 16a자리에서 각각 60.8%, 39.2%로, $Tb_2Bi_1Ga_1Fe_4O_{12}$의 경우 24d와 16a자리에서 각각 74.7%, 25.3%로 분석되었다. 철 이온들의 흡수 면적비 분석을 통해 비자성이온인 Ga은 모두 16a 자리를 점유하는 것을 알 수 있었다. $Tb_2Bi_1Ga_xFe_{5-x}O_{12}$(x=0, 1) fabricated by sol-gel and vacuum sealed annealing process. $Tb_2Bi_1Ga_xFe_{5-x}O_{12}$(x=0, 1) have been studied by x-ray diffraction(XRD), vibrating sample magnetometer, and $M\ddot{o}ssbauer$ spectroscopy. The crystal structures were found to be a cubic garnet structure with space group Ia3d. The determined lattice constants $a_0$ of x = 0, and 1 are $12.497\AA$, and $12.465\AA$, respectively. The distribution of gallium and iron in $Tb_2Bi_1Ga_xFe_{5-x}O_{12}$ is studied by Rietveld refinement. Based on Rietveld refinement results, the terbium and bismuth ions occupy the 24c site, iron ions occupy the 24d, l6a site, and nonmagmetic gallium ions occupy the 16a site. In order to verify the magnetic site occupancy of iron and gallium, we have taken $M\ddot{o}ssbauer$ spectra for $Tb_2Bi_1Ga_xFe_{5-x}O_{12}$(x=0, 1) at room temperature. From the results of $M\ddot{o}ssbauer$ spectra analysis, the absorption area ratios of Fe ions for $Tb_2Bi_1Fe_5O_{12}$ on 24d and 16a sites are 60.8 % and 39.2 %, respectively, and the absorption area ratios of Fe ions for $Tb_2Bi_1Fe_5O_{12}$ on 24d and 16a sites are 74.7 % and 25.3 %, respectively. It is noticeable that all of the nonmagnetic Ga atoms occupy the 16a site by vacuum annealing process.