Katmanlı ve granüler yapılı ferroik ve multiferroik malzemelerde manyetoelektrik etkiler

Abstract

Günümüz elektronik teknolojisinin önemli bir bölümünü oluşturanmanyetik ve elektriksel kutuplanabilir malzemelerinbir araya gelmesi,gelecek nesil teknolojinin temelini oluşturacaktır.Ferromanyetik ve ferroelektriközellikleribir aradabarındıran multiferroik malzemelerüzerindeki araştırmalar, manyetoelektrik özellikleri nedeniyle her geçen yıl artmaktadır. Bu bağlamda, bu tez çalışmasındaferroelektrik tek kristal BaTiO3,TlGaSe2ve TlInS2kristallerinin bir yüzüne yüksek enerjiliparamanyetikFe ve Coiyonlarının implantasyonusonucuoluşturulan multiferroikkompozitmalzemelerin manyetik ve manyetoelektrik özellikleriincelenmiştir.Fe iyonu implante edilmiş BaTiO3kristalinin yüzeyindeoluşturulan kompozit yapıda,implantasyonsonucundaortalama büyüklükleri 5nm olan nanoparçacıkların oluştuğu ortaya çıkarılmıştır. Oda sıcaklığında yapılan manyetik rezonans ölçümleri Elektron paramanyetik rezonans (EPR) spektrumu ile birlikte,Fe implanteedilmiş yüzey katmanından kaynaklanan Ferromanyetik rezonans (FMR) spektrumu sergilemektedir. Statik mıknatıslanmanın titreşimli örnek manyetometresi (VSM) ile yapılan ölçümlerindekompozit Fe:BaTiO3sistemioda sıcaklığında süperparamanyetik davranış ve 100K sıcaklığı altında ferromanyetik davranış sergilemektedir. Elektrik alan altında yapılan FMR incelemelerindemanyetoelektrik katsayı14 Oe.cm/kV değerine kadar yükselmektedir. Oda sıcaklığında, genişfrekans aralığındayapılan manyetokapasitans ölçümlerinde manyetokapasitans değeri durulma frekansı civarında, %6 değerine kadar yükselmektedir.Fe implante edilmiş TlGaSe2ve TlInS2kristallerinin yüzeyinde,implantasyon sonucundadüzensiz şekilli yumru ve göçüklerden oluşan granüler yapılı ince film oluşmuştur.Oda sıcaklığı manyetik rezonans ve geniş sıcaklık statik mıknatıslanma ölçümlerinden ferromanyetik davranış sergilediği ortaya çıkarılmıştır.Ayrıca Fe ve Co iyonu implante edilmiş TlGaSe2ve TlInS2kristallerinin sıcaklığa bağlı dielektrik katsayı ölçümleriyapılmıştır. Kristallerin faz geçiş sıcaklıkları numunelerısıtılırken yüksek sıcaklık bölgesine doğru kayarak sıcaklık histerezisini genişletmekteve manyetik alan etkisiyle faz geçiş sıcaklıklarının düşük sıcaklıklara doğru kaydığı ortaya çıkarılmıştır.

Combining of magnetically and electrically polarizable materialsthat they are one of the most important part of recent technology, will be the base of nextgeneration technology. The researches on multiferroik materials which include both ferromagnetic and ferroelectric properties, increasing every year due to magnetoelectric interactions. In this point of view, in this thesis magnetic and magnetoelectric properties of composite multiferroic materials which produced by high energy paramagnetic Fe and Co ion implantation to one face of single crystal BaTiO3, TlGaSe2 andTlInS2 substrates. It has been revealed that 5 nm in average diameter nanoparticles formed in surface layer of Fe implanted BaTiO3crystal. At room temperature Magnetic Resonance (MR) measurements exhibits both Electron Paramagnetic Resonance (EPR) and Ferromagnetic (FMR) Resonance which originating from Fe implanted surface layer. Static magnetization measurements performed with Vibrating Sample Megnetometer (VSM). Fe:BaTiO3composite system shows superparamagnetic behavior at room temperature and ferromagnetic behavior under the temperature of 100K. FMR studies under external electric field shows that magnetoelectric coefficient increasing up to 14 Oe.cm/kV. Room temperaturemagnetocapacitance measurements shows explicitly frequency dependence and the value of magnetocapacitance increases up to value of %6 near the relaxation frequency.As a result of implantation, irregular shaped bumps and shallows formed in the surfacelayerof TlGaSe2and TlInS2crystals. MR and VSM measurements of layered structure composites revealed the ferromagnetic behavior of the composite system. As a result of ion implantationthe successive phase transition temperatures of the crystals shifts to high temperature region while heating the samples and broadens the temperature hysteresis. Applying an external magnetic field in the direction perpendicular to implanted surface decreases the phase transition temperatures.