Fe iyon katkılandırılmış tek kristal yttria-stabilzed zirconia (YSZ)(100) alt taşının manyetik özelliklerinin araştırılması
Investigation of magnetic properties of Fe ions doped single crystal yttria-stabilized zirconia(100) (YSZ) substrate
Yazar: ADEM PARABAŞ
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZDEMİR
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Ferromanyetik sistemler = Ferromagnetic systems

Özet:
Nano-ölçekte manyetik malzeme sentezlemede iyon ekimi (implantation) metodu oldukça elverişli bir yöntem olduğundan bu tezde iyon ekimi metodu kullanılarak, Fe+3 iyonları tek kristal Yttria-stabilized Zirconia(100) (YSZ) alttaşına 45 keV enerjide oda sıcaklığında, 1x1016 ve 5x1017 iyon/cm2 olmak üzere iki farklı iyon dozunda katkılandırılarak numuneler hazırlandı. Hazırlanan numunelerin manyetik özelliklerinin incelenmesi için Elektron Spin Rezomans spektrometresiyle Ferrmanyetik Rezonans (FMR) çalışması yapıldı ayrıca örnek titreştirici manyetometre (Vibrating Sample Magnetometer,VSM) ile mıknatıslanma incelenmesi yapıldı. Numunelerin kristal yapı özellikleri X ışını kırınımı (XRD) cihazı kullanılarak belirlendi. İyon ekiminin yüzeye etkileri Tarayıcı Elektron Mikroskobu (SEM) yardımıyla gözlendi.Fe+3 iyonu ekilmiş numunelerin FMR spektrumları alttaşın yüzey normaline göre değişik açılarda uygulanan dış manyetik alanın fonksiyonu olarak paralel ve dik geometrilerde oda sıcaklığında kaydedildi. Dozu 5x1017 ion/cm2 olan numunede rezonans soğurma çizgilerinin oluştuğu ve bu çizgilerin açısal davranışı gözlendi. FMR spektrumları teorik model yardımıyla simülasyonu yapılarak nümerik olarak elde edilen veriler yardımıyla yorumlandı ve etkin mıknatıslanma (Meff) , tek eksen anizotropi alanı Hu, magneto-kristal anizotrori alanı H1 gibi manyetik özellikleri belirleyen parametreler elde edildi.VSM ölçümünde her iki numunede de mıknatıslanma incelenmesi geniş sıcaklık aralığında yapıldı. Mıknatıslanma ölçümünde histeri çevrimlerinde sıcaklığa bağlı olarak daralma gözlendi ve yüksek dozlu numunenin süperparamanyetik davranış sergilediği görüldü.

Abstract:
Fe3+ ions were embedded into Yttria-stabilized Zirconium(100) (YSZ) by means of ion implantation method. Fe3+ ions with energy of 45 keV were implanted to two different fluences of 1x1016 and 5x1017 ion/cm2 at room temperature. Ferromagnetic Resonance (FMR) absorption peaks of iron implanted YSZ were obtained by using Bruker EMX Electron Spin Resonance Spectrometer at 9.5 GHz. Investigation of magnetization was performed by using Vibrating Sample Magnetometer (VSM) and crystal structure of Fe3+ ions implanted YSZ was examined with X-ray diffraction device(XRD).The FMR spectra were recorded at room temperature and for various orientations of the implanted surfaces with respect to the applied dc magnetic field(H). The field derivative of microwave power absorption were recorded as a function of the DC field. For the `in-plane? geometry measurements the dc magnetic field was rotated in the plane of substrate and the sample was rotated from the direction of the easy axis in the film plane towards to the of substrate film normal in the out-of-plane geometry measurements. The angular dependencies of FMR resonance field both the in-plane and out of plane geometries were observed Fe3+ implanted YSZ with fluencies of 5x1017 ion/cm2 only. The experimental FMR results were fitted to obtain magnetic properties such as effective magnetization (Meff), uniaxial anisotropy field (Hu), magneto crystalline anisotropy field (H1).In VSM studies, magnetization measurement were carried out at selected various temperature. 5x1017 ion/cm2 Fe+3 ion implanted YSZ(100) exhibits strong ferromagnetic behaviour. The other one has weak ferromagnetic behaviour.