Cu+2 ve Co+2 ile katkılı rutile(TiO2) tek kristalinin EPR tekniği ile incelenmesi
EPR analysis of Cu+2 and Co+2 doped rutile (TiO2) single crystall
Yazar: ALİ ZERENTÜRK
Danışman: PROF.DR. BEKİR AKTAŞ
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada iyon ekme tekniği kullanılarak, Cu+2 ve Co+2 iyonlarıylakatkılandırılmış rutile (TiO2) örneklerinin düşük sıcaklıklarda (7-13 K) elde edilmişEPR spektrumları incelendi. Her iki iyonun efektif spini ½ ve çekirdek spinlerisırasıyla 3/2 ve 7/2 olduğu için, sadece Zeeman ve aşırı ince yapı etkileşim terimiiçeren bir spin hamiltonyeni kullanılarak deneysel veriler analiz edildi. Teorikanalizlerde 2 farklı metot kullanıldı. Öncelikle efektif alan yaklaşımı benimsenereklineer regresyon analizi ile her iki iyona ait G ve A tensörünün özdeğer veözeksenleri bulundu. Her iki iyonun da örgü içerisinde Ti+4 iyonlarının yerineoturduğu sonucuna varıldı. Regresyon analizinin Cu+2 iyonları için güzel sonuçlarvermesine rağmen, Co+2 iyonları için yeterli kalmadığı görüldü. Bunun üzerine spinhamiltonyeninin tam diagonalizasyonu metoduna başvuruldu. Optimizasyonteknikleri ile deney sonuçlarını sağlayan en iyi parametre setlerine ulaşıldı. Buuygulama sonucunda da katkılandırılan iyonların Ti+4 iyonları yerine oturduğu teyitedildi. Deneysel spektrumlarda (101) ve (101) düzlemlerine ait verilerdemerkezlerin birbirinden ayrışmasının, bu düzlemlerden yapılan 20'lik kaymasonucunda oluştuğu teorik analizlerle ispatlandı. Elde edilen sonuçlar şöyleözetlenebilir:KristalografikEksenler[101] [010] [10 1]KobaltG 2.1112 3.7217 5.8890A (cm-1) 0.0040 0.0025 0.014263CuG 2.1139 2.0898 2.3395A (cm-1) 0.0028 0.0032 0.008765CuG 2.1139 2.0898 2.3395A (cm-1) 0.0031 0.0034 0.0092

Abstract:
X band EPR spectra of Cu+2 and Co+2 doped rutile (TiO2) with ionimplantation was obtained at liquid helium (7-13 K) temperatures. Since both of theions have ½ effective spin and their nuclear spin 3/2 and 7/2 respectively, a relativelysimple spin hamiltonian containing only electronic Zeeman and hyperfine terms wasobserved to be enough. Two different methods were used in theoretical analysis.Firstly, a lineer regression analysis of spectra based on effective field approach wasstudied. Eigenvalues of G and A tensors of both ions were obtained. Eigenaxes ofthese tensors were estimated to align parallel to each other. By obtained symmetry ofthese tensors, it was concluded that both ions substitute for Ti+4 ion in lattice. It wasrealised that lineer regression analysis based on effective field approach is notenough for analysing Co+2 spectra. Therefore all spectra were analysed again withexact diagonalization of spin hamiltonien and high accuracy results were reached.These results proved that both ions substitute for Ti+4. Lastly, it was shown that theobserved decomposition of paramagnetic centers in (101) and (101) planes ofexperimental spectra was due to a small misorientation of sample (20) from the exactcrystallographic planes. Obtained results are as follows:Crystallographicaxes[101] [010] [10 1]Co+2G 2.1112 3.7217 5.8890A (cm-1) 0.0040 0.0025 0.014263Cu+2G 2.1139 2.0898 2.3395A (cm-1) 0.0028 0.0032 0.008765Cu+2G 2.1139 2.0898 2.3395A (cm-1) 0.0031 0.0034 0.0092