Multiferroik bizmut ferrit seramik malzemelerin yapısal ve dielektrik özelliklerine bazı lantanitlerin katkısının etkisi
Influence of addition of some lanthanides on the structural and dielectric properties of multiferroic bismuth ferrite ceramic materials
Yazar: NURVET KIRKGEÇİT
Danışman: PROF. DR. MEHMET SAİT BOZGEYİK
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Antiferromanyetizma = Antiferromagnetism ; Dielektrik sabiti = Dielectric constant ; Ferroelektrik = Ferroelectrics ; Polikristal = Polycrystalline

Özet:
Oda sıcaklığında tek fazlı manyetoelektrik multiferroik olması dolayısıyla eşsiz ve dolayısıyla pratik cihaz uygulama potansiyeline sahip olması nedeniyle sunulan doktora tezi, kısmi iyon yerine yapılan değişimle bizmut ferritin (BiFeO3) yapısal ve dielektrik özelliklerini ele almaktadır. Öte yandan, yüksek kaçak akım ve zayıf multiferroik ve manyetoelektrik özellikler başta olmak üzere bazı problemler bu uygulamaları kısıtlamaktadır. Bu tür zorluklarla başa çıkmak için, örneğin mevcut doktora tez çalışmasında olduğu gibi, çeşitli stratejilerle farklı sentez yöntemleri şu anda yürütülmektedir. BiFeO3' ün (BFO) ABO3 perovskit tipi yapıya sahip olması nedeniyle, A- ve B- iyon yerlerine kısmi değişiklik multiferroik özellikler için kritik öneme sahiptir. Bu nedenle, BFO' nun yapısal ve dielektrik özelliklerini analiz etmek için Bi-iyon yerine lantanyum (La) ve Fe-iyon yerleri için gadolinyum (Gd) kısmi değişiklikler başarıyla gerçekleşirilmiştir. Bunu yapmak için katı hal reaksiyonu, hidrotermal ve sol-jel yöntemleriyle farklı, saf ve modifiye BFO numuneleri üretilmiştir. Saf BFO ve La ve Gd modifiye Bi0.9La0.1Fe1-xGdxO3' ün kristal yapısı, X-ışını kırınımı (XRD) yöntemi ile karakterize edildi. İlgili veriler, faz ve pik analizi için X'Pert High Score Plus programı ile de incelenmiştir. Ayrcıa dielektrik özellikler, frekans ve sıcaklık değişimi ile ölçülen hazır kapasitans ve dielektrik kayıp verilerine dayanarak analiz edilmiştir. Bi3+ ve Fe3+ iyonlarının sırasıyla La ve Gd ile kısmi ikamesinin, kristal yapıyı ve dielektrik özelliklerini farklı şekillerde kritik olarak etkilediği gözlenmiş ve değerlendirilmiştir. Bu tür kısmi iyon yer değiştirmeler, bizmut ferritin zayıf özelliklerini iyileştirme potansiyeline sahip olabileceği öne sürülmüştür.

Abstract:
Due to being the unique room temperature single phase magnetoelectric multiferroic and hence having practical device application potential, the presented doctoral thesis address the structural and dielectric properties of bismuth ferrite (BiFeO3) upon partial substitutions. On the other hand, some problems mainly high leakage current and weak multiferroic and magnetoelectric properties limit the implementations. To cope with such limitations different synthesis methods with various strategies are currently carried out like in the present doctoral thesis study. From the view point of the fact that BiFeO3 (BFO) has ABO3 perovskite type structure, partial substitutions for A- and B-sites have critically important for multiferroic properties. Hence, partial substitutions of lanthanum (La) for Bi-site and gadolinium (Gd) for Fe-sites were successfully carried out to analyze the structural and dielectric properties of BFO. To do so, different pure and modified BFO samples were fabricated by solid state reaction, hydrothermal, and sol-gel methods. Crystal structure of the pure BFO and La and Gd modified Bi0.9La0.1Fe1-xGdxO3 were characterized by X-ray diffraction (XRD) method. Related data were also studied by XPert High Score Plus program for phase and peak analysis. Dielectric properties were analyzed based on the ready capacitance and dielectric loss data which were measured by the variation of frequency and temperature. It was observed and evaluated that the partial substitutions of Bi3+ and Fe3+ ions by La and Gd, respectively, critically influence the crystal structure and dielectric properties in different way. It is proposed that the such substitutions may have potential to improve the weak properties of bismuth ferrite.