Perovskit yapılı manganit ve ferrit ince filmlerin manyetik ve manyetoelektrik özellikleri

Abstract

Modern bilimsel çalışmalar, umut verici fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı oksit bazlı ince filmlere odaklanmıştır. Bunlar arasında, perovskit manganitler devasa manyeto direnç (CMR) etkisinden; bizmut ferrit (BiFeO3) ise oda sıcaklığı manyetoelektrik etkisinden dolayı spintronik teknolojisi için büyük öneme sahiptir. Bunun yanı sıra, sol-jel tekniği yüksek saflığı, düşük maliyetli olması ve basitliği nedeniyle metal oksit sentezi için iyi bir tekniktir. Bu bağlamda, bu tez çalışmasında, perovskit manganitler; La0,66Ca0,33MnO3 (LCMO), La0,66Ba0,33MnO3 (LBMO) ve La0,66Sr0,33MnO3 (LSMO) ince film örnekleri ile bizmut ferrit (BiFeO3) ince film örnekleri sol-jel tekniği ile sentezlenmiş ve yapısal, manyetik ve manyetik rezonans özellikleri açısından incelenmiştir. Ayrıca, BiFeO3 kristalinin oda sıcaklığı manyetoelektrik etkileri de incelenmiştir. X-ışını kırınımını (XRD) analizlerinden tüm ince filmlerin polikristal yapıda olduğu ortaya çıkmıştır. Taramalı Elektron mikroskobu (SEM) görüntülerinden tüm örneklerin granüler yapıda olduğu görülmektedir. Sıfır alanlı soğutma (ZFC) ve alanlı soğutma (FC) rejimlerinde kaydedilen mıknatıslanma ölçümleri, tüm örneklerin düşük sıcaklıklarda ferromanyetik, belirli bir sıcaklıklığın üstünde süperparamanyetik durumda olduğunu ortaya çıkarmıştır. Farklı sabit sıcaklıklarda elde edilen alana bağlı mıknatıslanma karakteristikleri tüm örnekler için bu durumu desteklemektedir. Mıknatıslanma çalışmalarından elde edilen ortalama manyetik granül boyutları, yapısal çalışmalardan ortaya çıkan değerlerle örtüşmektedir. Buna ek olarak, BiFeO3 ince film örneklerinin sıcaklığa bağlı mıknatıslanmaları, spin-cam durumu ve düşük sıcaklılarda negatif mıknatıslanma durumu sergilemektedir. Her iki mıknatıslanma durumu da manyetik alt örgüler arasındaki karmaşık etkileşimlerle ilişkilendirilmiştir. Ferromanyetik rezonans (FMR) çalışmaları, manyetik granüller arasındaki dipol-dipol etkileşimleri ile ilişkilendirilen, tüm film örnekleri için makroskopik ferromanyetik mıknatıslanma ve tek eksenli düzlem dışı manyetik anizotropi varlığını göstermiştir. Ayrıca, elektrik alan altında yapılan FMR çalışmaları ile BiFeO3 kristalinde kayda değer manyetoelektrik etkiler gözlenmiştir.

Modern scientific studies have focused on oxide-based thin films because of their promising physical and chemical properties. Among them, perovskite manganites, due to colossal magnetoresistance (CMR) effect; bismuth ferrite (BiFeO3), due to room temperature magnetoelectric effect, have great importances for spintronic technologies. Additionally, sol-gel technique is a good technique for metal-oxide synthesise due to its high purity, low-cost and simplicity. In this thesis study with this context, perovskit manganites; La0,66Ca0,33MnO3 (LCMO), La0,66Ba0,33MnO3 (LBMO) and La0,66Sr0,33MnO3 (LSMO) thin film samples and BiFeO3 thin film samples, synthesized by sol-gel technique and investigated in terms of their structural, magnetic and magnetic resonance properties. Additionally, room temperature magnetoelectric properties of BiFeO3 crystal is investigated. X-ray diffraction (XRD) analysis revealed that all thin films are polycrystalline structured. Scanning Electron Microscope (SEM) images showed that all samples are granular formed. The magnetization measurements recorded in the zero-field cooling (ZFC) and field cooling (FC) regimes revealed that all samples are in a superparamagnetic state above a certain temperature, ferromagnetic at low temperatures. Field dependence of magnetization characteristics which have been recorded at various temperatures confirm this situation for all samples. The average magnetic crystallite sizes obtained from the magnetization studies coincide with the values revealed from the structural studies. Additionally, the temperature dependences of the magnetization of BiFeO3 films revealed a spin glass state, and negative magnetization at low temperatures. Both magnetization states were attributed with the complex magnetic interactions between magnetic sublattices. Ferromagnetic resonance (FMR) studies showed the presence of macroscopic ferromagnetic magnetization and uniaxial out-of-plane magnetic anisotropy for all film samples which is attributed with dipolar interactions between magnetic granules. In addition, remarkable magnetoelectric effects were observed in the BiFeO3 crystal through FMR studies performed under the electric field.