Au, Ag, Pd ve Ho katkılı Y3Fe5O12 ince filmlerinin üretilmesi, manyetik ve optik özelliklerinin araştırılması
Fabrication of Au, Ag, Pd and Ho doped Y3Fe5O12 thin films and investigation of their magnetic and optical properties
Yazar: NAZAN DEMİRYÜREK PAKSOY
Danışman: PROF. DR. AHMET EKİCİBİL ; DOÇ. DR. MUSTAFA AKYOL
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada katkısız, holmiyum (Ho), gümüş (Ag), paladyum (Pd) ve altın (Au) katkılı itriyum demir granat (YIG) ince filmleri termal olarak oksitlendirilmiş silisyum (Si) altıkları üzerine sol-jel yöntemiyle başarılı bir şekilde sentezlenmiştir. Soy metaller (Ag, Au ve Pd) doğrudan katkılama ve nanoparçacık olarak katkılama arasındaki farkı gözlemleyebilmek için ince filme hem doğrudan katkılanmış hem de poliol yöntemiyle üretilen nanoparçacık formları aynı oranlarda katkılanmıştır. Üretilen katkısız ve katkılı YIG ince filmlerinin yapısal, manyetik ve optik özellikleri incelenmiştir. Tüm filmlerin XRD analizleri karakteristik YIG kırınım piklerinin sergilemiş, XRD desenleri YIG filmlerinin tek fazlı kübik granat yapısında kristalleştiğini doğrulamıştır. İki aşamalı tavlama yapılarak optimize edilen ısıl işlem sonuçlarının, çatlak ve çekirdeklenme olmaksızın pürüzsüz ince filmler elde etmekte başarılı olduğu tüm filmlerin SEM görüntülerinden doğrulanmıştır. Örneklerin manyetik alana bağlı mıknatıslanma (M-H) ölçümlerinden oda sıcaklığında tüm örneklerin katkılama sonrasında doyum mıknatıslanma değerlerinin arttığı ve bu değerin Pd katkılı örneklerde bu artışın yaklaşık 8 kata, Au katkılı örneklerde ise 11 kata kadar çıktığı gözlenmiştir. Ferromanyetik rezonans (FMR) ölçümlerinde filmlerin FMR çizgi genişliklerinin literatürde aynı yöntemle üretilen YIG ince filmlere göre oldukça düşük olduğu gözlemlenmiştir. Optik ölçümlerden elde edilen verilere göre ince filmlerin soğurma katsayılarının katkı malzemesine göre değişim gösterdiği ancak katkı malzemesinden bağımsız olarak yapılan katkılamaların ince filmlerin hem manyetik hem de optik özellikleri üzerinde geliştirici etkiye sahip olduğu ortaya konulmuştur. Bu tez kapsamında üretilen soy metal katkılı YIG ince filmleri literatürde ilk defa çalışılmıştır. Elde edilen deneysel veriler soy metallerin yüzey plazmonik rezonans etkisinin YIG ince filmlerinin, özellikle manyetik özelliklerini önemli ölçüde geliştirici göstermektedir.  Bu nedenle tez kapsamında elde edilen verilerin yüzey plazmonik rezonans etkisinin malzemelerin manyetik özellikleri üzerine etkisi üzerine yapılacak çalışmalara öncülük edeceği düşünülmektedir.  

Anahtar Kelimeler: YIG, soy metaller, manyeto-optik malzemeler, sol-jel yöntemi

Abstract:
In this study, undoped, holmium (Ho), silver (Ag), palladium (Pd) and gold (Au) doped yttrium iron garnet (YIG) thin films were successfully synthesized on thermally oxidized silicon (Si) substrates by sol-gel method. In order to observe the difference between direct doping and nanoparticle doping of noble metals (Ag, Au and Pd), both direct doping and nanoparticle forms produced by the polyol method were doped in the same proportions. The structural, magnetic and optical properties of the undoped and doped YIG thin films were investigated. XRD analysis of all films exhibited characteristic YIG diffraction peaks and XRD patterns confirmed that the YIG films crystallized in a single phase cubic garnet structure. SEM images of all films confirmed that the optimized heat treatment results by two-step annealing were successful in obtaining smooth thin films without cracks and nucleation. From the magnetic field dependent magnetization (M-H) measurements of the samples, it was observed that the saturation magnetization values of all samples at room temperature increased after doping and this value increased up to about 8 times in Pd doped samples and up to 11 times in Au doped samples. In ferromagnetic resonance (FMR) measurements, it was observed that the FMR line widths of the films were considerably lower than the YIG thin films produced by the same method in the literature. According to the data obtained from optical measurements, it has been revealed that the absorption coefficients of thin films vary according to the doping material, but doping independent of the doping material has an improving effect on both magnetic and optical properties of thin films. Noble metal doped YIG thin films produced within the scope of this thesis have been studied for the first time in the literature. The experimental data obtained show that the surface plasmonic resonance effect of noble metals significantly improves the magnetic properties of YIG thin films.  For this reason, it is thought that the data obtained within the scope of the thesis will lead to further studies on the effect of surface plasmonic resonance effect on the magnetic properties of materials.  

Keywords: YIG, noble metals, magneto-optical materials, sol-gel method