Распределение ионов кобальта Cо2+ в монокристаллах шпинели Li0.5Ga2.5O4

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Показано распределение ионов Cо2+ по подрешеткам и структурно неэквивалентным положениям в элементарной ячейке кристаллической решетки монокристалла литийгаллиевой шпинели Li0.5Ga2.5O4. Такое распределение определяет свойства как моно-, так и нанокристаллических веществ. Распределение обеспечивается специальной технологией и проявляется в спектрах электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Распределение ионов Cо2+ зависит от структурной и магнитной неэквивалентности. Структурная и магнитная неэквивалентность формирует многоминимумность потенциала кристаллического поля в элементарных ячейках монокристаллов в местах расположения ионов Cо2+. Ионы Cо2+ находятся в комплексах с тетраэдрическим и октаэдрическим окружением ионами кислорода. Обнаружены и исследованы три типа спектров ЭПР ионов Cо2+. Спектр Co2+тетр обязан иону Co2+, замещающему ион Ga3+, находящийся в тетраэдрическом кислородном окружении. Спектр Co2+окт, находящегося в кристаллическом поле аксиальной симметрии, принадлежит иону Co2+, замещающему ион Li+, находящийся в октаэдрическом кислородном окружении. Спектр Co2+окт, находящегося в кристаллическом поле низкой симметрии, принадлежат иону Co2+, замещающему ион Ga3+, находящийся в октаэдрическом кислородном окружении. Ближайшее катионное окружение иона создает ромбические искажения за счет разной валентности Li+ и Ga3+. Исследование угловых зависимостей спектров показало наличие в элементарных ячейках по четыре и по 12 магнитно-неэквивалентных положений.

Full Text

Restricted Access

About the authors

В. В. Шаповалов

Организация “Математика для Америки”

Email: vashapovalov1@mail.ru
United States, Нью-Йорк

В. А. Шаповалов

ФГБНУ Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина

Author for correspondence.
Email: vashapovalov1@mail.ru
Russian Federation, ул. Розы Люксембург, 72, Донецк, 283048

Т. В. Дрокина

Институт физики им. Л.В. Киренского РАН

Email: vashapovalov1@mail.ru
Russian Federation, Академгородок, 50/12, Красноярск, 660036

А. М. Воротынов

Институт физики им. Л.В. Киренского РАН

Email: vashapovalov1@mail.ru
Russian Federation, Академгородок, 50/12, Красноярск, 660036

В. И. Вальков

ФГБНУ Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина

Email: vashapovalov1@mail.ru
Russian Federation, ул. Розы Люксембург, 72, Донецк, 283048

References

  1. Tsurkan V., Nidda H., Deisenhofer J., Lunkenheimer P., Loidl A. On the complexity of spinels: Magnetic, electronic, and polar ground states // Phys. Reports. 2021. V. 926. P. 1–86.
  2. Maigny L., Dupont M. Spinels: Occurrences, Physical Properties and Applications / Nova Sci. Publishers. Inc: New York. USA. 2013.
  3. Ganesh I.A. Review on Magnesium Aluminate (MgAl2O4) Spinel: Synthesis, Processing and Applications // Int. Mater. Rev. 2013. V. 58. P. 63–112.
  4. Zou Y., Gréaux S., Irifune T., Li B., Higo Y. Unusual Pressure Effect on the Shear Modulus in MgAl2O4 Spinel // J. Phys. Chem. C2013. V. 117. P. 24518–24526.
  5. Riesen H., Yildirim B. Persistent spectral hole-burning in diffuse reflection: application to nanocrystalline LiGa5O8: Co²⁺ // J. Phys. Chem. Lett. 2010. V. 1. P. 2380–2384.
  6. Yildirim B. Spectroscopic and Structural Investigations of Transition Metal Ion Doped Nanocrystalline LiGa5O8. http://handle.unsw.edu.au/1959.4/ 52631
  7. Sickafus K.E., Wills J.M. Spinel Coumpounds: Structure and Property Relations // J. Am. Ceram. Soc. 1999. V. 82. P. 3279–3292.
  8. Macfarlane R.M., Vial J.C. Photon-gated spectral hole burning in LiGa₅O₈: Co²⁺ // Phys. Rev. B. 1986. V. 34. P. 1–4.
  9. Malyarevich A.M., Yumashev K.V. Saturable absorbers based on tetrahedrally coordinated transition-metal ions in crystals // J. Appl. Spectr. 2009. V. 76. P. 1–43.
  10. Donegan J.F., Anderson F.G., Bergin F.J., Glynn T.J., Imbusch G.F. Optical and magnetic-circular-dichroism optically-detected-magnetic-resonance study of the Co²⁺ ion in LiGa₅O₈ // Phys. Rev. B. 1992. V. 45. P. 563–573.
  11. Ishihara T., Tanaka K., Hirao K., Soga N. Synthesis and optical properties of transparent LiGa₅O₈: Co²⁺ films by the sol-gel method // Bull. Chem. Soc. Jap. 1997. V. 70. P. 1347–1351.
  12. Lever A.B.P. Inorganic Electronic Spectroscopy. Elsevier Science Publisher: Amsterdam, 1984. P. 863.
  13. Riesen H., Badek K., Stevens-Kalceff M. Correlation between inhomogeneous width and crystallite size: ²E→ ⁴A₂ luminescence of Co(II) in nanocrystalline ZnAl₂O₄ // Chem. Phys. Lett. 2010. V. 501. P. 103–107.
  14. Burda C., Chen X.B., Narayanan R., El-Sayed M.A. Chemistry and properties of nanocrystals of different shapes // Chem. Rev. 2005. V. 105. P. 1025–1102.
  15. Talapin D.V., Lee J.S., Kovalenko M.V., Shevchenko E.V. Prospects of colloidal nanocrystals for electronic and optoelectronic applications // Chem. Rev. 2010. V. 110, P. 389–458.
  16. Träger F. Editorial: Optical properties of nanoparticles // Appl. Phys. B. 2001. V. 73. P. 291.
  17. Jaramillo T.F., Baeck S.H., Kleiman- Shwarsctein A., Choi K.S., Stucky G.D., McFarland E.W. Automated electrochemical synthesis and photoelectrochemical characterization of Zn₁₋ₓCoₓO thin films for solar hydrogen production // J. Combinat. Chem. 2005. V. 7. P. 264–271.
  18. Huppertz H., Hering S.A., Zvoriste C.E., Lauterbach S., Oeckler O., Riedel R., Kinski I. High-Pressure Synthesis, Electron Energy-Loss Spectroscopy Investigations, and Single Crystal Structure Determination of a Spinel-Type Gallium Oxonitride Ga₂.₇₉□₀.₂₁(O₃.₀₅N₀.₇₆□₀.₁₉)// Chem. Mater. 2009. V. 21. P. 2101–2107.
  19. Abragam A., Bleaney B. Electron Paramagnetic Resonance of Transition Ions. Clarendon press: Oxford, U.K. 1970. P. 928.
  20. Уайт Т.К. Экспериментальная техника в физике низких температур. М.: Физматгиз, 1961.
  21. Селезнев В.Н., Пухов И.К., Дрокин А.К, Шаповалов В.А. Магнитная кристаллографическая анизотропия монокристаллов литиевого и литий-цинкового ферритов с малыми добавками кобальта // ФТТ. 1970. Т. 12. Вып. 3. С. 885–891.
  22. Кожухарь А.Ю., Селезнев В.Н., Цинцадзе Г.А., Шаповалов В.А. Электронный парамагнитный резонанс ионов Co²⁺ в литий-галлиевой шпинели // ФТТ. 1973. Т. 15. Вып. 3. С. 706–709.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Unit cell of a single crystal of lithium gallium spinel Li₀.₅Ga₂.₅O₄. The immediate environment of cobalt ions Co2+ (positions A, B) are oxygen tetrahedra and octahedra.

Download (118KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Angular dependence of the positions of the EPR spectrum lines for Co²⁺ ions of axial symmetry in the {110} plane at T = 4.2K [22]. The letters o and m next to the number on the line indicate the octahedral and tetrahedral positions of Co²⁺, respectively.

Download (134KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. The {110} plane of a regular octahedron.

Download (87KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependence of the crystal field potential E on the distance R. The minima are located along the axes of the [111] type. Tetrahedral (t) and octahedral (o) sites with Co²⁺ ions in the unit cell are shown.

Download (162KB)
Indexing metadata


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».