Skip to main content
SUPERVISOR
هومان شکراللهی (استاد راهنما) محمدرضا طرقی نژاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Laleh Avazpour
لاله عوض پور

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1390

TITLE

The Study on the Effect of Ions Substitution on the Magneto-Optical Properties of Nanostructured Cobalt Ferrite Thin Films Prepared via Sol-Gel Method
In this thesis the effect of substituting three rare earth ions in cobalt ferrite lattice on magneto optical properties of prepared thin films were studied. At first effect of initial parameters of sol-gel method on magnetic and structural properties of thin films were studied and optimization process on these parameters were conducted. Then four groups of the series of powdered rare earth ferrite Co x RE (1?x) Fe 2 O 4 , x = 0 - 0.2 in steps of 0.05 and R is Nd, Eu and Dy were prepared using the sol-gel method at annealing temperatures 550 ? C. The materials were characterized by powder X-ray diffraction (XRD) and Field Emission Scanning Electron Microscopes. The phase identification of the materials by XRD reveals the single-phase nature of the materials. The crystallite sizes of the materials were varied by altering the substitution level within the range of a minimum of 16 nm to 22 nm. The magnetic parameters have been studied by using vibrating sample magnetometer. Substituted rare-earth ions inhibit the grain growth of the materials in a systematic manner compared with that of the pure cobalt ferrite materials. There is an improvement in coercivities of the rare earth doped cobalt ferrite especially for 0.15% Neodymium doped cobalt ferrite. Afterward a series of rare-earth (RE)-doped nanocrystalline Co x RE (1?x) Fe 2 O 4 (x = 0 - 0.2 and RE: Nd ,Eu and Dy) thin films were prepared on silicon substrates by a sol-gel process, and the influences of the different RE 3+ ions on the microstructure, magnetism and polar magneto-optical Kerr effects of the deposited films were examined. Also this research presents the optimization process of cobalt ferrite thin films deposited via spin coating, by studying their structural and morphological properties at different thicknesses (200, 350 nm) and various heat treatment temperatures 300 ?C to 850 ?C. Nanoparticulate polycrystalline thin film were formed with heat treatment above 400 ?C but proper magnetic properties due to well crystallization of the film were achieved at about 650 ?C. AFM results indicate that the deposited thin films are crack-free exhibiting a dense nanogranular structure. The root-mean square roughness of the thin films is in the range of 0.2 to 3.2 nm. The results revealed that both of the magnetism and Kerr spectra of Co x RE (1?x) Fe 2 O 4 films could be mediated by doping with various RE ions. In MOKE spectra both dominant peaks were blue shifted with addition of RE ions. For low concentration dopant the IVCT related rotation was enhanced and for higher concentration dopant the ISCT rotation peak was enhanced. The enhancement for Eu 3+ was more than Dy 3+ and Nd 3+ doped cobalt ferrite films. The enhanced MOKEs in nanocrystalline thin films might promise their applications for magneto-optical sensors in adopted wavelengths.
در پژوهش حاضر اثر عناصر آلاینده بر خواص مگنتواپتیکی لایه نازک نانوساختار فریت کبالت تولید شده به روش سل- ژل مورد بررسی قرار گرفت. در ابتدا پارامترهای موثر بر خواص لایه از جمله پارامتر‌‌‌‌‌‌های ساخت با روش سل- ژل و نوع زیرلایه بررسی شد؛ سپس اثر عناصر آلاینده‌ی یوروپیوم، نئودیمیوم و دیسپروسیوم برخواص مغناطیسی و مگنتواپتیکی لایه‌‌‌‌‌‌‌های تولید شده بررسی گردید. جهت دست یابی به مقادیر بهینه‌ی پارامتر‌‌‌‌‌‌های روش سل- ژل، نتایج با کمک آنالیز واریانس مورد بررسی قرار گرفت تا شرایط بهینه برای تولید نانوذرات با اندازه بلورک کوچک و خواص مغناطیسی مناسب حاصل شود. پارامترهای مورد بررسی شامل مقدار pH، نسبت مولی اتیلن‌دی‌آمین‌تترااستیک اسید به یون‌‌‌‌‌‌‌های فلزی، نسبت مولی اتیلن گلیکول به یون‌‌‌‌‌‌‌های فلزی و دمای عملیات حرارتی بودند. برای هر یک از پارامترها سه سطح در نظر گرفته شد؛ درمجموع، 9 آزمایش یکتا و دو آزمایش تاییدی طراحی شد. بر اساس نتایج آنالیز واریانس، بهترین مقدار از تابع هدف زمانی حاصل می‌شود که مقادیر دمای عملیات حرارتی، نسبت مولی اتیلن‌دی‌آمین‌تترااستیک اسید به یون‌‌‌‌‌‌‌های فلزی، نسبت مولی اتیلن گلیکول به یون‌‌‌‌‌‌‌های فلزی و pH به ترتیب برابر 750 درجه‌ی سانتی‌گراد، 67/1، 33/3 و 6 باشند. بر اساس نتایج بهینه‌سازی، پنج لایه با ترکیب‌‌‌‌‌‌‌های شیمیایی CoFe 2 O 4 و Co 1 ? x RE x Fe 2 O 4 ، x برابر 10/0 و 20/0 درصد اتمی و RE یون‌های یوروپیوم، نئودیمیوم و دیسپروسیوم، روی زیرلایه‌ی سیلیکونی - توسط دستگاه لایه‌نشانی چرخشی - لایه‌نشانی شدند. خواص لایه‌‌‌های تولید شده توسط دستگاه پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ‌های الکترونی و نیروی اتمی، طیف‌سنجی مادون قرمز، طیف سنج پراش انرژی و موزبائر، دستگاه مغناطیس‌سنج نمونه‌ی ارتعاشی و دستگاه مگنتواپتیکی کِر ارزیابی گردید. نتایج نشان داد با عملیات حرارتی لایه‌ها در دمای 650 درجه سانتیگراد، لایه‌ی فریت کبالت پلی‌کریستال حاصل می‌شود. اندازه دانه‌ی لایه‌ها بین 13 تا 8 نانومتر متغییر است بطوریکه با اضافه شدن عناصر آلاینده‌، با رسوب آلاینده‌ها در مرزدانه‌ها و جلوگیری از رشد دانه، اندازه دانه‌ها کاهش و مقدار میانگین زبری سطح افزایش یافت. افزایش ضخامت با افزایش اندازه دانه همراه بود. میدان پسماندزدای مغناطیسی از 4/1 کیلواورستد در لایه فریت کبالت خالص به 8/1 کیلواورستد برای نمونه با 20/0 درصد اتمی یوروپیوم افزایش یافت؛ همچنین کاهش در مغناطش اشباع نسبت به نمونه خالص مشاهده شد. در طیف مگنتو اپتیکی فریت کبالت آلاییده با افزودن یون‌های نادر خاکی، قله به سمت انرژی‌های بیشتر و طول موج کمتر جابجا شد. میزان جابجایی طیف برای یوروپیوم کمترین مقدار و برای دیسپروسیوم بیشترین مقدار است. افزایش میزان چرخش کِر با افزودن هر سه آلاینده مشاهده شد. با افزایش میزان آلاینده به 20/0 درصد اتمی یون در ترکیب کاهش چرخش کِر مشاهده شد. بررسی چرخش کِر فریت کبالت آلاییده با عناصر نادر خاکی به صورت سیستماتیک بررسی شد؛ نتایج این پژوهش به درک بهتر تأثیر نوع و میزان آلاینده نادر خاکی بر خواص مگنتواپتیکی فریت کبالت کمک خواهد کرد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی