Распределение комплексов с двухвалентным никелем Ni2+ в монокристаллах литий-галлиевой шпинели Li0.5Ga2.5O4

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Изучена структурная и магнитная неэквивалентность ионов никеля Ni2+ в монокристаллах литий-галлиевой шпинели методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Показано распределение ионов по подрешеткам и структурно-неэквивалентным положениям в элементарной ячейке кристаллической решетки монокристалла литий-галлиевой шпинели Li0.5Ga2.5O4. Параметры и свойства материалов определяются таким распределением ионов. В монокристалле образуются центры двух типов. Ионы никеля Ni2+ замещают в структурно-неэквивалентных положениях ионы галлия, находящиеся в тетраэдрическом окружении, и ионы лития, находящиеся в октаэдрическом окружении. Исследования могут быть использованы при анализе свойств шпинельных ферритов и немонокристаллических материалов. Перспективность работы заключается в том, что в настоящее время обычно на практике применяются порошковые материалы. Но их свойства в зависимости от технологии получения различны. Показано на примере монокристаллов, каким образом распределяются вводимые примесные ионы. Это распределение происходит равномерно по структурно-неэквивалентным положениям. Необходимо учитывать, что в случае быстрого охлаждения во время роста материалов — монокристаллов и пленок — распределение ионов может быть различным.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. А. Шаповалов

Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина

Автор, ответственный за переписку.
Email: vashapovalov1@mail.ru
Россия, ул. Розы Люксембург, 72, Донецк, 283048

Список литературы

  1. Narang S.-B., Pubby K. Nickel Spinel Ferrites: A review // J. Magn. Magn. Mater. 2021. V. 519. Р. 167163.
  2. Tsurkan V., Krug Von Nidda H.-A., Deisenhofer J., Lunkenheimer P., Loidl A. On the complexity of spinels: Magnetic, electronic, and polar ground states // Phys. Rep. 2021. V. 926. С. 1–86.
  3. Maigny L., Dupont M. Spinels: Occurrences, Physical Properties and Applications. Nova Sci. Publishers, Inc: New York, USA. 2013.
  4. Ganesh I.A. Review on Magnesium Aluminate (MgAl2O4) Spinel: Synthesis, Processing and Applications // Int. Mater. Rev. 2013. V. 58. Р. 63–112.
  5. Zou Y., Gréaux S., Irifune T., Li B., Higo Y. Unusual Pressure Effect on the Shear Modulus in MgAl2O4 Spinel // J. Phys. Chem. C. 2013. V. 117. Р. 24518−24526.
  6. Шаповалов В.В., Шаповалов В.А., Вальков В.И., Шавров В.Г., Коледов В.В., Службин Ю.А., Потапская О.Н. Самоорганизация монокристалла шпинели Li0.5Ga2.5O4 и распределение в нем 3d3 ионов хрома // Физика и техника высоких давлений. 2020. Т. 30. № 3. С. 49–62.
  7. Shapovalov V.V., Шаповалов В.А., Шавров В.Г., Коледов В. В., Вальков В.И., Каманцев А.П. Распределение ионов марганца Mn2+в монокристалле литий-галлиевой шпинели Li0.5Ga2.5O4 // ФТТ. 2021. Т. 63. Вып. 4. С. 499–502.
  8. Шаповалов В.В., Шаповалов В.А., Дрокина Т.В., Воротынов А.М., Вальков В.И. Распределение ионов кобальта Cо2+ в монокристаллах шпинели Li0.5Ga2.5O4 // ФММ. 2024. Т. 125. № 1. С. 32–38.
  9. Donegan J.F., Bergin F.J., Glynn T.J., Imbusch G.F., and Remeika J.P. The optical spectroscopy of LiGa5O8:Ni2+ // J. Luminescence. 1986. V. 35. Р. 57–63.
  10. Martin D.Z.C., Haworth A.R., Schmidt W.L., Baker P.J., Boston R., Johnston K.E., McLaren N.R. Evaluating lithium diffusion mechanisms in the complex spinel Li2NiGe3O8 // Phys. Chem. Chemical Phys. 2019. V. 21. Р. 23111–23118.
  11. Manthiram A., Chemelewski K., Lee E.-S. A perspective on the high-voltage LiMn1.5Ni0.5O4 spinel cathode for lithium-ion batteries // Energy Environ. Sci. 2014. V. 7. Р. 1339–1350.
  12. Shuangming Ch., Yanfei W., Peixin C., Wangsheng Ch., Xing Ch., Ziyu W. Cation Distribution in ZnCr2O4 Nanocrystals Investigated by X-ray Absorption Fine Structure Spectroscopy // J. Phys. Chem. C. 2013. V. 117. Р. 25019–25025.
  13. Le Nestour A., Gaudon M., Villeneuve G., Daturi M., Andriesse R., Demourgues A. Defects in Divided Zinc-Copper Aluminate Spinels: Structural Features and Optical Absorption Properties // Inorg. Chem. 2007. V. 46. Р. 4067–4078 .
  14. Xiulan D., Duorong Y., Fapeng Yu. Cation Distribution in Co-Doped ZnAl2O4 Nanoparticles Studied by X-ray Photoelectron Spectroscopy and Al27 Solid-State NMR Spectroscopy // Inorg. Chem. 2011. V. 50. Р. 5460–5467.
  15. Lee E.-S., Nam K.-W., Hu E., Manthiram A. Influence of Cation Ordering and Lattice Distortion on the Charge−Discharge Behavior of LiMn1.5Ni0.5O4 Spinel between 5.0 and 2.0 V // Chem. Mater. 2012. V. 24. Р. 3610−3620.
  16. Селезнев В.Н., Пухов И.К., Дрокин А.К., Шаповалов В.А. Магнитная и кристаллографическая анизотропия монокристаллов литиевого и литий-цинкового ферритов с малыми добавками кобальта // ФТТ. 1970. Т. 12. № 3. С. 885–891.
  17. Abragam A. and Bleaney B. Electron Paramagnetic Resonance of Transition Ions. Oxford: Clarendon press, 1970.
  18. Пуа Р. Химия твердого тела. М.: Металлургия, 1972. C. 49–75.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимость потенциала кристаллического поля E от расстояния R в относительных единицах. Минимумы расположены вдоль осей типа [111]. Показаны тетраэдрические и октаэдрические узлы с ионами Ni2+ в элементарной ячейке.

Скачать (753KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Расположение магнитных оcей x, y, z иона Cr3+ относительно кристаллографических осей типа [110], [112], [111]. Магнитное поле Н0 параллельно главной магнитной оси z ионa.

Скачать (480KB)
Метаданные