Katmanlı ve granüler yapılı ferroik ve multiferroik malzemelerde manyetoelektrik etkiler
Magnetoelectric interactions in layered and granular structure ferroic and multiferroic materials
Yazar: MAKSUT MAKSUTOĞLU
Danışman: PROF. DR. FAİK MİKAİLZADE
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Günümüz elektronik teknolojisinin önemli bir bölümünü oluşturanmanyetik ve elektriksel  kutuplanabilir  malzemelerinbir  araya gelmesi,gelecek  nesil  teknolojinin temelini oluşturacaktır.Ferromanyetik ve ferroelektriközellikleribir aradabarındıran multiferroik malzemelerüzerindeki  araştırmalar,  manyetoelektrik  özellikleri nedeniyle her geçen yıl artmaktadır. Bu bağlamda, bu tez çalışmasındaferroelektrik tek  kristal  BaTiO3,TlGaSe2ve  TlInS2kristallerinin  bir  yüzüne yüksek  enerjiliparamanyetikFe  ve  Coiyonlarının implantasyonusonucuoluşturulan multiferroikkompozitmalzemelerin manyetik ve manyetoelektrik özellikleriincelenmiştir.Fe iyonu implante edilmiş BaTiO3kristalinin yüzeyindeoluşturulan kompozit yapıda,implantasyonsonucundaortalama büyüklükleri 5nm olan nanoparçacıkların oluştuğu ortaya çıkarılmıştır. Oda sıcaklığında yapılan manyetik rezonans ölçümleri Elektron  paramanyetik  rezonans  (EPR)  spektrumu  ile  birlikte,Fe  implanteedilmiş yüzey  katmanından  kaynaklanan  Ferromanyetik  rezonans  (FMR)  spektrumu sergilemektedir. Statik mıknatıslanmanın titreşimli örnek manyetometresi (VSM) ile yapılan ölçümlerindekompozit Fe:BaTiO3sistemioda   sıcaklığında süperparamanyetik  davranış  ve 100K  sıcaklığı  altında  ferromanyetik  davranış sergilemektedir. Elektrik alan altında yapılan FMR incelemelerindemanyetoelektrik katsayı14 Oe.cm/kV değerine kadar yükselmektedir. Oda sıcaklığında, genişfrekans aralığındayapılan  manyetokapasitans  ölçümlerinde  manyetokapasitans  değeri durulma frekansı civarında, %6 değerine kadar yükselmektedir.Fe implante edilmiş TlGaSe2ve TlInS2kristallerinin yüzeyinde,implantasyon sonucundadüzensiz şekilli yumru  ve  göçüklerden  oluşan  granüler  yapılı  ince  film  oluşmuştur.Oda  sıcaklığı manyetik  rezonans  ve  geniş  sıcaklık  statik  mıknatıslanma  ölçümlerinden ferromanyetik  davranış  sergilediği  ortaya  çıkarılmıştır.Ayrıca Fe  ve  Co  iyonu implante edilmiş TlGaSe2ve  TlInS2kristallerinin sıcaklığa bağlı dielektrik katsayı ölçümleriyapılmıştır. Kristallerin faz geçiş sıcaklıkları numunelerısıtılırken yüksek sıcaklık bölgesine doğru kayarak sıcaklık histerezisini genişletmekteve manyetik alan etkisiyle faz geçiş sıcaklıklarının düşük sıcaklıklara doğru kaydığı ortaya çıkarılmıştır.

Abstract:
Combining  of  magnetically  and  electrically  polarizable  materialsthat  they  are one of the most important part of recent technology, will be the base of nextgeneration technology.    The    researches    on    multiferroik    materials    which    include    both ferromagnetic    and    ferroelectric    properties,    increasing    every    year    due    to magnetoelectric  interactions.  In  this  point  of  view,  in  this  thesis  magnetic  and magnetoelectric  properties  of composite  multiferroic  materials  which  produced  by high  energy  paramagnetic  Fe  and  Co  ion  implantation  to  one  face  of  single  crystal BaTiO3, TlGaSe2 andTlInS2 substrates. It  has  been  revealed  that  5  nm  in  average  diameter  nanoparticles  formed  in surface  layer  of  Fe  implanted  BaTiO3crystal.  At  room  temperature  Magnetic Resonance  (MR)  measurements  exhibits  both  Electron  Paramagnetic  Resonance (EPR)  and Ferromagnetic  (FMR)  Resonance  which  originating  from  Fe  implanted surface  layer.  Static  magnetization  measurements  performed  with  Vibrating  Sample Megnetometer   (VSM).   Fe:BaTiO3composite   system   shows   superparamagnetic behavior  at  room  temperature  and  ferromagnetic  behavior  under  the  temperature  of 100K. FMR studies under external electric field shows that magnetoelectric coefficient increasing up to 14 Oe.cm/kV. Room temperaturemagnetocapacitance measurements shows explicitly frequency dependence and the value of magnetocapacitance increases up to value of %6 near the relaxation frequency.As a result of implantation, irregular shaped bumps and shallows formed in the surfacelayerof TlGaSe2and TlInS2crystals. MR   and   VSM   measurements   of   layered   structure   composites   revealed   the ferromagnetic behavior  of the composite system. As a result of ion implantationthe successive  phase  transition temperatures  of  the  crystals  shifts  to  high  temperature region while heating the samples and broadens the temperature hysteresis. Applying an  external  magnetic  field  in  the  direction  perpendicular  to  implanted  surface decreases the phase transition temperatures.