RCrO3 의 왜곡된 사방정계 페로브스카이트 결정 구조 . Fender et al. [45]
큐빅 GdFeO3 간단한 열수 합성 경로에 의한 입자의 광발광 및 자기적 특성을 조사하였다[49]. 광발광 및 자기 특성 조사를 통해 사방정계 입방체 GdFeO3 입자는 다른 희토류 원소로 도핑될 때 다른 색상의 빛을 방출하는 매우 우수한 도핑된 발광을 나타냅니다. GdFeO3 입자는 상자성 특성을 포함합니다. 우수한 발광성과 자성물질이 될 수 있다. DyFeO3 단결정 1개를 사용하여 높은 자기전기 결합 및 GdFeO3 이전에 보고된 바 있지만 다강성 성질은 매우 낮은 온도에서만 발생합니다[50]. GdFeO3 의 고체 분말 합성 및 GdCrO3 필요한 산화물(Gd2 O3 , Fe2 O3, 및 Cr2 O3 ) 충분히 높은 하소 온도 ~ 1800 °C. 일련의 희토류 orthoferrites의 나노 입자 합성을 위한 간단한 초음파 화학 방법이 보고되었습니다. 이 초음파 화학 공정은 단순한 전구체인 철 펜타카르보닐 및 희토류 탄산염을 사용하여 상당히 낮은 소성 온도에서 희토류 오르토페라이트 나노 입자의 합성을 가능하게 합니다. 기존의 방법에서와 같이 가넷 상의 열병합 생성이 관찰되지 않았다는 점은 특히 주목할 만합니다. 소성 온도의 급격한 감소는 Fe(CO)5 에서 비정질 산화철의 초음파 생성으로 인한 것일 수 있습니다. . 나노크기의 GdFeO3 , ErFeO3 , TbFeO3 및 EuFeO3 이 방법으로 제조하고 자기 특성에 대해서도 자세히 연구했습니다[51]. 고결정성 오르토페라이트 나노입자(유형 La1−x Gdx FeO3 , 여기서 x =0 ~ 1)은 자체 연소 방법을 사용하여 준비되었습니다. 우리의 특별한 관심은 Gd
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의 역할에 중점을 두고 주어진 화합물의 구조적 및 자기적 특성을 특성화하는 것입니다. 구조 및 자기 응답의 변조에 있는 이온 [52]. MFeO3 조성의 페로브스카이트 촉매 [53], 센서, [54] 반도체, [55] 자기 및 광자기 재료 [56]와 같은 잠재적인 응용을 가진 재료의 종류입니다. LnFeO3 의 상 선택 합성 (Ln =희토류) 원하지 않는 공존 상이 있기 때문에 도전적입니다[57, 58]. 가시광선 구동 Gd2 Ti2 O7 /GdCrO3 수소 발생을 위한 합성물이 보고되었으며 일련의 Gd2 Ti2 O7 /GdCrO3 복합 재료는 고체 상태 연소에 의해 준비됩니다. 복합 재료의 광촉매 활성은 가시광선 조명에서 조촉매를 사용하지 않고 수소 생산에 대해 조사됩니다. 수소 생성 속도는 광촉매 활성 측정 장치와 가스 크로마토그래피(GC)로 측정합니다. 합성 GTC에서 가장 높은 효율이 관찰됩니다(Cr:Gd:Ti =1:1:1). 광전류 측정과 PL을 기반으로 향상된 광촉매 활성에 대한 메커니즘이 논의되었습니다[59]. 나노결정질 오르토페라이트, GdFeO3 의 비정상적인 자기 특성 , Fe2 의 화학량론적 혼합을 기반으로 하는 기존의 고체 상태 반응(SSR) 경로에 의해 합성 O3 및 Gd2 O3 보고서[60]에서 발견되었습니다. GdFe1-x 의 다결정질 샘플 Nix O3 (x =0.0, 0.1)은 고체 상태 반응 경로에 의해 제조됩니다. Ni
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이온 치환은 격자 수축과 유전 상수, 접선 손실 및 AC 전도도의 향상을 초래합니다[61].
유일하게 이용 가능한 자기 연구는 DFO에서 자기장 유도 SR 전이를 조사하기 위한 Mossbauer 분광법에 집중되었습니다[62, 63]. 이들 화합물 중에서 DFO는 35 K에서 Morin 천이를 보여주고 77 K, 130 K, 270 K 온도에서 세 가지 변칙적인 천이를 보이는 유일한 희토류 정석이다. Dy
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간의 경쟁적인 자기 상호작용으로부터 및 Fe
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이온. 희토류 크롬산염의 마이크로파 보조 합성 및 물리적 특성이 보고되었습니다. 자화 측정은 반강자성 Cr
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에 대한 Neel 온도가 -Cr
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순서는 RE
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에 따라 크게 달라집니다. 이온 반경과 다양한 자기 스핀 상호 작용이 존재합니다. 소결된 펠릿에서 입자 경계 및 내부 벌크 재료에서의 전자적 차이는 유전 분광법으로 모니터링되는 두 가지 유전 이완을 제공합니다. X선 회절, 라만 분광법 및 온도 의존 유전 유전율 데이터는 결정의 잠재적인 비중심대칭 또는 이에 수반되는 강유전성을 나타내지 않습니다. (RE)CrO3 의 전체 시리즈를 준비하기 위한 체계적인 노력이 수행되었습니다. YCrO3 의 구조와 유사할 수 있는 화합물 화합물. 자기 및 유전 특성에 대한 상세한 조사와 관찰된 바와 같이 가능한 자기전기 또는 다강성 거동에 특히 초점을 맞춘 이들의 상관관계가 보고되었습니다[64]. (RE)CrO3 의 전하 수송 특성 재료는 습도, 메탄올, 에탄올 및 여러 가스에 대한 민감성을 갖는 p형 반도체를 포함한다고 주장되어 왔으며 이는 잠재적인 센서 응용 분야에 유용합니다. [65, 66]. 또한 LaCrO3 도핑된 변형은 고체 산화물 연료 전지[67, 68] 및 탄화수소 산화 촉매[69]에서 상호 연결된 물질로 적용할 수 있는 후보입니다. LnFeO3 유형의 희토류 정철석 (Ln =Gd, Dy, Sm)은 사방정계로 왜곡된 페로브스카이트 구조를 결정화하고 있습니다. DyFeO3 의 약한 강자성 상태에서 전기 분극의 존재 강유전성은 스핀 재배향 온도 아래에서 사라지는 다결정질 샘플에서 보고되었습니다. G4 에서 Fe 부격자의 약한 강자성 모멘트에 의해 Dy 이온에 유도된 국부장의 중요성 구조는 DyCrO3 의 제로 필드 [71] Fe Mossbauer 스펙트럼에 의해 드러납니다. . 더 높은 온도에서 무거운 희토류 orthochromites의 자기 민감도와 희토류로 치환된 DyCrO3 의 자기열량 특성 보고된 바 있다[73]. 자기 상호 작용에 대한 자세한 조사는 DyCrO3 에서 발견되었습니다. 열수 합성법을 이용한 벌크 분말 [74]. 나노결정질 CeCrO3 에 대한 상세한 연구 가시 영역에서 반강자성, 이완 작용 및 광학 밴드 갭과 같은 다기능을 나타내는 것으로 밝혀졌습니다. 이 새로 개발된 합성 경로는 지금까지 알려지지 않은 Ce
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준비의 엄청난 가능성을 열어줍니다. -기재 혼합 산화물, 다른 희토류와 유사(RE
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) 대응 [75]. Cr
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의 자기 정렬 온도에서 전기 극성 질서를 갖는 자기장 유도 준안정 상태가 나타납니다. 약한 강자성 희토류 orthochromites의 이온(RCrO3 , 여기서 R은 자기 희토류 이온임), 상대적으로 큰 전기 분극을 나타내며 ~ 0.2–0.8 μC/cm
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, Cr 하위 시스템의 Neel 온도에 해당하는 다소 높은 온도(~ 120–250K)에서 시작합니다[76]. DyCrO3 의 형태 및 결정도에 대한 표면 화학의 정적 및 동적 자기 특성 및 영향 나노혈소판이 보고된 바 있습니다[77].
또한 나노크기의 오르토페라이트는 광조사하에서 물의 분해나 염료의 분해에서 광촉매로 사용될 수 있다고 보고되었다. 이 연구 영역은 자기 유도 강유전성에서 발생하는 흥미로운 다강성 및 자기전 특성을 나타내는 새로운 종류의 산화물의 출현으로 인해 크게 확대되었습니다. 흥미롭게도 이러한 물질은 단순한 전이금속 산화물이며 대부분이 페로브스카이트 구조를 가지고 있습니다. 자기적으로 구동되는 강유전성을 나타내는 다강 및 자기유전 페라이트 및 크롬철광의 새로운 특징. 거의 모든 산화물 반도체 광촉매는 안정하지만 자외선 조사에서는 활성이 있음을 알 수 있다. 균일한 결정 크기와 모양의 희토류 크롬철광을 제조하기 위한 일반적인 순한 방법을 개발하는 것은 추가 단결정 관련 응용 분야에 중요합니다. 마이크로미터 크기의 단결정은 고온 처리된 전구체로 얻은 상응하는 다결정에 비해 벌크 특성을 더 많이 보존합니다. 복합 금속 산화물의 결정 구조와 밴드 구조를 이해하는 것은 의심할 여지 없이 새로운 기능이나 개선된 기능을 탐구하는 핵심 측면입니다. 저온 반응, 특히 토포케미컬 반응의 경우, 동역학 및 열역학적 고려 사항을 모두 활용하여 중간 단계 및 이온 이동 경로와 같은 반응 중 최종 구조를 지시하는 요인에 대한 이해가 동등하게 중요합니다. 또한 박막 작업으로 입증된 이러한 지식은 저온 응용 분야를 위한 새로운 이온 전도체를 개발하는 데 확실히 도움이 될 것입니다. 거대다공성 벽은 희토류 오르토페라이트 나노입자로 구성되며 이러한 계층적 다공성 물질은 CO+NO 반응에 대한 높은 촉매 활성을 나타내며 NO는 N2 으로 완전히 전환될 수 있습니다. 350°C의 낮은 온도에서 자동차 배기 가스 및 기타 촉매 관련 분야의 촉매 전환 가능성을 나타냅니다. 이 합성 전략은 계층적 다공성 물질의 제조를 위한 손쉬운 방법이며 추가 촉매 적용을 통한 기능성 물질의 합성에 대한 지침을 제공할 수 있습니다[78]. 자동차 산업의 발전과 함께 자동차 배기 가스는 대기 오염의 주요 원인 중 하나가 되었습니다. 자동차 배기 가스 오염의 제어는 대기 오염을 줄이기 위해 특히 중요합니다. TbFeO3 compounds which possess space group Pbnm may have antiferromagnetic interactions by the presence of Fe spin ions in one direction and the ferromagnetic in other direction with the (TN) Neel temperature of 650 K [79, 80]. The work that has been found for synthesis characterization and the properties of TbFeO3 compound needs to be explored much more as compared to other rare earth oxide ferrites [81,82,83]. The choice to select the atom at A site has become an important concern and may be related with leakage and the loss of multiferroic nature. The structures and magnetic phase transitions in the Mn-doped orthoferrite TbFeO3 studied by neutron powder diffraction have been reported [84].
Ternary Metal Oxide Nano-Material Applications
The application of multiferroic materials is expected from the data values of polarization and magnetization with the existence of magnetoelectric coupling. This could be the main reason that these interesting materials have to be considered in today’s research of solid state physics and chemistry and may utilize in electronic memory and optical transducer devices [85,86,87]. These materials not only possess the memory capacity but may also have sensing properties with magnetic and electronic nature. Multiferroic materials need to be explored further for novel devices by reducing thermal noise for the use of capacitive reading and can replace the magnetoresistive materials [88]. These magnetic-related properties are more sensitive than conventional resistive measurements that allow the magnetic bit density and posses four state memory property [89] which was demonstrated by the encoded information with the help of polarization and magnetization that too measured by resistance measurements. Many nanostructured and nanoscale coating materials have been suggested as possible friction modifying agents, such as carbides, nitrides, metals, and various ceramics. In conclusion, nanotechnology helps to create vehicles possessing properties to endure the harsh conditions of space. Both magnetic and electric properties have the advantage to store data that could be written electrically and read magnetically. This advantages of multiferroic avoid the generation of large load fields to write and read problems [90]. Fe-RAMS devices have been designated using the concept of ferroelectric writing and ferromagnetic reading, and the retained non-volatile memory has been increased thousand times and even more by the use of the same materials at nano-regime. Thus, nanomaterials having such multiferroic properties have tremendous applications in all devices such as memory, sensory, and optical. The size-dependent unconventional multiferroic compounds in nanodots having emerging magnetic properties along with ferroelectric properties were reported. The nanometric size with nonstoichiometric induces the ferromagnetism with host ferroelectric phase and is susceptible to surface morphology that enables to control the properties at the nanoscale [91]. The magnetoelectric coefficients increase on reducing the particle size and could be related with high strain and suppression of spin spiral structure. The electric and magnetic properties of Bi0.90 Tb0.10 FeO3 nanoparticles depend on the particle sizes and were revealed high as the particle size decreases [92]. In case of Bi2 Fe4 O9 polycrystalline, the magnetic and ferroelectric properties were investigated with different grain size [93]. Grain size effects the decrease of the ferromagnetic part, but the antiferromagnetic component part dominates as the size increases and shifts the Neel temperature to a higher value. Ferroelectric properties lead to non-volatile data storage devices and high demand in ultrafast electronic instruments which are portable and have high density to storage with less power consumption. Therefore, it is essential to fabricate and to develop such multiferroic nanomaterials which have high sensitivity and efficiency and have a bulk of applications in all segments of machines.
결론
Multiferroic ABO3 type compounds have been focused in the present review based on their structure, composition, and contribution to ferroelectric and ferromagnetic properties. The various factors that improve or decrease the multiferroic properties were taken into consideration. The significant efforts for the synthesis and development of ABO3 -based perovskite multiferroic compounds were also mentioned. We attempted to give the outline of specific ternary metal oxide multiferroic compounds that may include bismuth ferrites, yttrium magnates, and rare earth oxides. These ABO3 multiferroic compounds have a lot of applications such as in microelectronic devices, sensors, and storage devices. It is not impossible but rather it is hard to get the breakthroughs of multiferroic compounds in the field of commercialization, and this kind of expectation is expected with the help of research that these productive insights will come soon. It could take further time to develop new materials to achieve the applications in other areas such as magnetoelectric sensors and magnetometers or antennas. There is always a room for improvement of these multiferroic materials and has a lot of market potential in magnetic anomaly detection, navigation, and biomagnetic sensing. If these multiferroic materials are successfully prepared, developed and then commercialized, it will be a breakthrough or huge impact on everyday life and people may choose to stay in academia, join industry, or even start up new businesses.
약어 AC:
Alternating current
DFO:
Dysprosium ferrite oxides
DM:
Dzyaloshinskii-Moriya
GC:
가스 크로마토그래피
Hc:
Coercive field
Mr :
Remanent magnetization
MRI:
자기공명영상
Ms :
포화 자화
Pr:
Remanent polarization
Ps:
Saturation polarization
RE:
Rare earth
SR:
Spin reorientation
SSR:
Solid state reaction
TC:
Curie temperature
TN:
Neel temperature