Sol-jel yöntemi ile hazırlanan La1-xMgxMn1-yCoyO3 bileşiklerinin yapısal ve manyetik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of structural and magnetic properties of La1-xMgxMn1-yCoyO3 compounds prepared by sol-gel method
Yazar: AHMET ÇETİN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ERGÜN TAŞARKUYU
Muğla Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Manyetik maddeler = Magnetic matters ; Manyetik moment = Magnetic moment ; Manyetik ölçüm = Magnetic measurement ; Manyetizma = Magnetism

Özet:
Bir manyetik alan içine giren manyetik bir malzemenin manyetik entropisindeki değişim ( ? SM) nedeniyle Curie sıcaklığı (TC) civarında ortaya çıkan adiyabatik sıcaklık değişimi ( ? Tad) manyetokalorik etki (MKE) olarak adlandırılır. 1926?27 yıllarında Debye ve Giauque tarafından doğası anlaşılan ve manyetik soğutma (MS) olarak bilinen teknoloji bu etkiye dayanmaktadır. Paramanyetik tuzlar oldukça düşük sıcaklıklara inmek için uzun zamandır kullanılmaktadır. Aynı zamanda, bazı nadir toprak elementlerinin (La, Eu, Yb, Gd gibi) ve onların bileşiklerininde (La-Ca-Mn-O, Nd-Fe, Gd-Au-In, Gd-Ag-Mg) oda sıcaklığı civarında MKE gösterdiği bulunmuştur. Bu özellikleri nedeniyle, bahsedilen malzemeler yaygın kullanılan gaz çevrimli soğutucu teknolojisine alternatif olarak gösterilmişlerdir.Esas olarak tüm manyetik malzemelerde gözlenmesine karşın, oda sıcaklığı civarında, küçük manyetik alan değişimlerinde, yüksek MKE gösteren malzemelerin bulunması ticari olarak büyük önem taşımaktadır. Ancak, gadolinyum ve diğer nadir toprak elementlerinin oldukça pahalı olması ve üretim süreci maliyetlerinin yüksekliği bu malzemelerin ticari açıdan kullanabilirliğini kısıtlamaktadır.Yakın zamanda yapılan araştırmalarda, R1-xAxMnO3 (R=bazı nadir toprak elementleri) şeklindeki manganitli bileşiklerde yeterince yüksek MKE değeri bulunmuş ve oda sıcaklığı civarında manyetik soğutucu sistemlerin geliştirilmesinde bu bileşiklerin bir potansiyele sahip olduğu ortaya konulmuştur. Bu bileşikler arasında özellikle La1-xAxMnO3 (A= Mg, Ca, Sr, Ba ve Pb gibi +2 değerlikli veya Na, Li, Ag, K gibi +1 değerlikli elementler) ayrı bir öneme sahiptir. LaMnO3 perovskit yapıda olup antiferromanyetik ve yalıtkan özellik gösteren bir bileşiktir. Ancak, bir miktar lantanın +1 veya +2 değerlikli elementlerle değiştirilmesi sonucunda, bu bileşiğin manyetik ve elektriksel özelliklerinde büyük değişiklikler meydana gelmektedir. Öyle ki, bu bileşiklerin oda sıcaklığı civarında sergilediği MKE, Gd veya Gd tabanlı bileşiklerinki ile kıyaslanabilir büyüklüktedir. Ancak, oda sıcaklığındaki uygulamalar için manganit bileşiklerinin MKE'si ve çalışma sıcaklığı aralığı bir arada hala optimize edilememiştir.Bu çalışmada, La yanına Mg katkısının ve Mn yanına Co katkısının eş zamanlı yapılmasıyla, sözü edilen optimizasyonun sağlanabileceği düşünülmüştür. La1-xMgxMn1-yCoyO3 (x=0,1; 0,2; 0,3; 0,4 ve y=0,1; 0,4) bileşikleri sol-jel yöntemi kullanılarak hazırlanmıştır. Bileşiklerin yapısal ve kristalografik özellikleri Atomik Kuvvet Mikroskobu (AKM), ve X-Işınları Kırınımı (XRD) ile ve manyetik özellikleri Manyetik Özellikler Ölçüm Sistemi (MPMS) ile incelenmiştir. Bu analizlerden, malzemelerin yapısal ve kristal özellikleri ile manyetik özellikleri bilinen teoriler ışığında ilişkilendirilmeye çalışılmıştır.

Abstract:
The adiabatic temperature change ( ? Tad) around the Curie temperature (TC) of a magnetic material along with its magnetic entropy change ( ? SM), when it enters a magnetic field, is known as magneto-caloric effect (MCE). The nature of MCE was explained firstly by Debye and Giauque in 1926-1927 and today, the technology known as magnetic cooling is based on the MCE. The paramagnetic salts have long been used to attain very low temperatures. The MCE was also observed in some rare earth elements (La, Eu, Yb, Gb) and in their compounds (La-Ca-Mn-O, Nd-Fe, Gd-Au-In, Gd-Ag-Mg) around room temperature. Because of their MCE property these compounds have been shown to be an alternative to the common gas cycled refrigerator technology.In principle, all magnetic materials display this property, but it is of great commercial importance to find materials that exhibit large MCE in a relatively small magnetic field change at around room temperature. Nevertheless, the cost of gadolinium and the other rare earth elements and their production process expenses make their commercial potential very restricted.Recent investigations have shown that R1-xAxMnO3 (R=some rare earth elements) manganite compounds have high enough MCE and a potential for development of near room temperature magnetic cooling systems. Among these compounds, La1-xAxMnO3 (A is a divalent element, such as Mg, Ca, Sr, Ba and Pb or a monovalent element, such as Na, Li, Ag, K) have a special importance. LaMnO3 is a compound with a perovskite structure and it exhibits antiferromagnetic and insulating properties. However, substitution of Lantan by a small amount of monovalent or divalent element gives rise to tremendous changes in magnetic and electrical properties of the compound, so that, its MCE around room temperature is comparable to that of Gd and Gd based compounds. Unfortunately, the MCE, together the working temperatures range, of manganit compounds still need to be optimized for room temperature applications.In this work, we have proposed to substitute La by Mg and Mn by Co in order to suffice the above mentioned optimization. La1-xMgxMn1-yCoyO3 (x=0,1; 0,2; 0,3; 0,4 ve y=0,1; 0,4) compounds were prepared by Sol-Gel route. The structural and crystallographic properties of the samples have been investigated by Atomic Force Microscopy (AFM), X-ray Diffraction (XRD). The magnetic properties have been explored by Magnetic Property Measurement System (MPMS). From these analyses, relations of the structural and crystallographic properties with magnetic properties were established in the direction of known theories