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Home > Issues > Volume21 (2011) > No.2(pp43-82)

전이금속 원소가 치환된 준강자성체 T0.2Fe2.8O4(T = V, Cr, Mn) 화합물의 광학적 성질 분석

한국자기학회지, Volume 21, Number 2, 30 Apr 2011, Pages 56-60
김광주 * (건국대학교 물리학과)
Abstract

준강자성체(ferrimagnet) Fe3O4를 기반 물질로 하여 주기율표 상에서 Fe와 인접한 전이금속 원소 T(= V, Cr, Mn)가 도핑된 삼원화합물(T0.2Fe2.8O4) 박막 시료들을 제작하여 그 광학적 성질을 1~8 eV 범위 내에서 분광타원해석법(spectroscopic ellipsometry)을 이용하여 측정하고 Fe3O4에서의 결과와 비교하였다. V, Cr, Mn 도핑 시 선호되는 스피넬(spinel) 구조 상의 양이온 자리(site) 및 이온수(ionicity)와 연관된 전자구조 상의 변화에 근거하여 삼원화합물과 Fe3O4의 흡수 스펙트럼 차이의 원인을 분석하였다.
Fe3O4 및 전이금속 도핑된 화합물들에서 관측된 광학적 흡수 스펙트럼은 주로 Fe 이온의 d 전자가 관련된 이온 간의 전하이동전이(charge-transfer transition)에 의하여 발생하는 에너지 폭이 넓은 흡수구조들의 기여에 의한 것으로 해석된다. 또한, 흡수 스펙트럼에서 관측된 좁은 에너지 폭의 구조들은 사면체 자리에 존재하는 Fe3+(d5) 이온 내의 d 전자들에 의한 결정장 전이(crystalfield transition)에 기인한 것으로 해석된다. 이와 같은 전이들과 관련된 전자상태들을 스핀편극된 Fe3O4 전자구조를 토대로 기술
하였다.

Optical properties of T0.2Fe2.8O4(T = V, Cr, Mn) thin films derived from ferrimagnetic Fe3O4 were investigated by spectroscopic ellipsometry in the 1~8 eV photon-energy range. The difference in optical-absorption spectrum between the ternary compounds and Fe3O4 was analyzed based on preferable sites in spinel structure and iconicity of the doped V, Cr, and Mn ions. The observed absorption spectra from Fe3O4 and the ternary compounds can be interpreted as mainly due to charge-transfer transitions of Fe d
electrons characterized by absorption structures with wide energy width. Also, the observed absorption structures with narrow energy width can be interpreted as due to crystal-field transitions between different d electron configurations of tetrahedral Fe3+(d5) ion. The transitions were described in terms of spin-polarized electronic states of Fe3O4.

 

Keywords: 준강자성체; 광학적 성질; 전자구조; 전하이동 전이; 결정장 전이; ferrimagnet; optical properties; electronic structure; charge-transfer transition; crystal-field transition
DOI: 10.4283/JKMS.2011.21.2.056