졸-겔 합성 Pr 도핑 La0.67Ca0.33MnO3 나노입자 자기·광학 특성 향상

요약

졸-겔 공정으로 합성한 Pr 도핑 페로브스카이트 망가나이트 (La₁₋ₓPrₓ)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃(LPCMO, x=0.0-0.5) 나노입자 미세구조, 자기, 광학 특성 보고. 구조 특성(X선·전자 회절 패턴, (고분해능) TEM 이미지)으로 LPCMO 시스템 상 형성과 단결정성 정보 제공. X선·전자 회절 패턴에서 모든 LPCMO 시료가 정방정계 페로브스카이트 결정학(Pnma 공간군)으로 결정화되며, MnO₆ 팔면체가 Jahn-Teller 효과로 b축 방향 신장됨 확인. 라만 스펙트럼도 이를 뒷받침. 결정립 크기(XRD)와 입자 크기(TEM) 계산, 개별 LPCMO 나노입자 HRTEM 이미지에서 격자 무늬 분해로 단결정성 입증. FTIR 스펙트럼에서 600 cm⁻¹ 근처 Mn-O 결합 신축 진동 모드 확인, 후 어닐링 온도 또는 Pr 도핑 농도 증가 시 고파수 쪽으로 이동해 MnO₆ 팔면체 추가 왜곡 나타냄. XPS로 LPCMO 나노입자 Mn³⁺/Mn⁴⁺ 이중 산화 상태 확인. UV-Vis 흡수 스펙트럼으로 LPCMO 나노입자 반도체 특성 확인, 광학 밴드갭 2.55-2.71 eV. 온도·자기장 함수 자화 측정(영장 냉각·영장 냉각 모드)에서 퀴리 온도 약 230 K, 포화 자화 약 81 emu/g, 10 K에서 보자력 390 Oe. 이러한 자기 특성과 반도체 특성으로 LPCMO 나노입자가 자기 반도체 스핀트로닉스 적합 후보임.

배경

페로브스카이트 망가나이트 R₁₋ₓAₓMnO₃(R=La, Pr 등 희토류, A=Ca, Sr, Ba 등 알칼리토금속)는 거대 자기저항(CMR)과 자기 저장 장치, 자기 센서 등 잠재 응용으로 지난 10년간 큰 관심[1-3]. 중간 조성에서 강자성과 금속 전도도 동시 발현 등 흥미로운 물리적 특성 보이며, 이는 전하, 오비탈, 스핀, 격자 자유도 복잡한 상호작용 기인[4-7]. La₁₋ₓCaₓMnO₃(LCMO) 망가나이트는 페로브스카이트 망가나이트 원형 시스템으로 자기 거동과 풍부한 상평양도로 큰 관심[8,9]. 지난 10년간 졸-겔[10,11], 고분자 전구체[12], 기계적 합금[13], 용융염법[14] 등 다양한 합성법으로 페로브스카이트 LCMO 나노입자 합성, 입자 크기 구조·수송·광학 특성 영향 연구[15-18]. 동시에 Ca 도핑 PrMnO₃(Pr₁₋ₓCaₓMnO₃: PCMO)도 Ca 도핑 농도 의존 특이한 전기·자기·광학 특성 보임[19,20]. Pr 도핑 La₁₋ₓCaₓMnO₃(LPCMO) 시스템 대표적 부분 치환 화합물로, 작은 양이온 Pr³⁺가 큰 La³⁺ 대체해 자기열량 효과, 횡방향 Kerr 효과 등 흥미로운 현상 유도[21,22]. LPCMO 시스템은 상분리 거동 연구에 가장 편리한 시스템 중 하나[23]. 예: Uehara 등 TEM으로 La₀.₆₂₅₋ᵧPrᵧCa₀.₃₇₅MnO₃에서 강자성·전하 정렬 반강자성 도메인(약 0.2 μm 크기) 아미크론 상분리 관측[24]. 나노구조 LPCMO 좁은 스트립(공간 한정 시스템)에서 거대 저항 점프[25-27], 재진입 M-I 전이[28], 음의 차동 저항, 고유 터널링 자기저항[29,30] 등 박막·벌크에서 없는 새 수송 특징 관측. Hwang 등 La₀.₇₋ₓPrₓCa₀.₃MnO₃(x=0.0-0.7) 수송·자기 특성 상세 연구, 상자성-강자성 전이 온도(T_C)가 Pr 도핑 증가에 따라 단조 감소, 자기저항 크기 급격 증가 발견[31]. Cao 등 La₀.₆₇₋ₓPrₓCa₀.₃₃MnO₃(x=0-0.67) 고상법 합성 자기 특성 연구, Pr 도핑(x) 0.4 미만에서 강자성 전이(T_C) 발생 발견[32]. 최근 Kumar 등 (La₀.₆Pr₀.₄)₀.₆₅Ca₀.₃₅MnO₃ 나노입자 다른 후 어닐링 온도 구조·수송·광학 특성 연구, UV-Vis 흡수 스펙트럼서 유도된 광학 밴드갭 ~3.5 eV 보고[33].

지금까지 페로브스카이트 망가나이트 자기·수송 특성 광범위 연구됐으나, 이 시스템이 큰 밴드갭(4 eV 이상) 절연체 또는 금속(밴드갭 없음) 거동 보여 광학 특성 드물게 보고됨. 본 연구는 졸-겔 공정 합성 Pr 도핑 La₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃ 나노입자[(La₁₋ₓPrₓ)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃: LPCMO, x=0.0-0.5] 미세구조, 자기, 광학 특성 보고. Pr 도핑 농도와 후 어닐링 온도가 페로브스카이트 LCMO 나노입자 구조·수송·광학 특성에 미치는 영향 체계적 조사.

방법/실험

본 실험에서 Pr 도핑 망가나이트 (La₀.₆Pr₀.₄)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃ 나노입자 먼저 졸-겔 공정 합성 후 700, 800, 900, 1000°C 후 어닐링. 이후 페로브스카이트 (La₁₋ₓPrₓ)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃ 나노입자 x=0.0-0.5 동일 방법 합성 후 800°C 후 어닐링. 시약급 La₂O₃, Pr₆O₁₁, CaCO₃, Mn(NO₃)₂·4H₂O 사용. 먼저 상온에서 La₂O₃ 분말, CaCO₃ 분말 질산에 녹여 저음. 동시에 Pr₆O₁₁ 분말 질산에 가열 저어 녹임. Mn(NO₃)₂·4H₂O 위 두 용액 혼합물에 첨가해 금속 질산염 용액 형성. 미리 준비한 구연산, 에틸렌글라이콜 용액 첨가해 전구체 용액 제조. 구연산, 에틸렌글라이콜, 금속 질산염 몰비 4:3:1. 구연산 킬레이트제, 에틸렌글라이콜 겔화제 역할. 10분 저어 균일 전구체 용액 200°C 오븐 12시간 건조해 제로겔 형성. 팽윤 제로겔 분쇄 분말화 후 위 온도에서 5시간, 승온 속도 5°C/min 후 어닐링. 열처리 후 자연 냉각 실온.

LPCMO 시료 상 확인 위해 상온 X선 분말 회절(XRD) 수행. Rigaku D/Max-RA 디프랙토미터 Cu Kα 방사선. 대표 스캔 속도 0.01°/s, 2θ 범위 15°-85°. 평균 결정립 크기(D) Debye-Scherrer 식: D=0.9λ/(βcosθ), λ=Cu Kα 파장(1.5406 Å), β=가장 강한 XRD 피크 반치전폭(FWHM), θ=해당 회절 각. LPCMO 시료 형태·미세구조 분석용 분석 TEM(Tecnai G2S-Twin, FEI), 조성 X선 에너지 분산 분광법(EDS)(EX-250, HORIBA). TEM 시료 에탄올 분산 LPCMO 분말 방울 건조해 홀리 탄소 그리드에 제조. 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR) NEXUS870(Thermo Nicolet) 400-4000 cm⁻¹, 분해능 1 cm⁻¹. 시료 KBr 혼합 펠릿 제조. 라만 분광법 LabRAM HR Evol(HORIBA Scientific, Japan) 514.5 nm 가시 레이저 여기, 분해능 1 cm⁻¹. 상온 XPS PHI 5000 Versa Probe(UlVAC-PHI, Japan) MgKα 양극 250 W 여기. XPS 스펙트럼 기준 C 1s 피크(결합 에너지 284.60 eV) 참조. UV-Vis 분광광도계(UV2550, SHIMADZU, Japan) BaSO₄ 기준 100-1000 nm 흡수 광학 스펙트럼 측정. SQUID 자력계(Quantum Design, America) 장·온도 의존 자화 측정. 먼저 300→2 K 온도 하강. ZFC 모드 2→300 K 온도 상승 데이터 수집. 0.01 T 외부 자기장 가한 후 FC 모드 300→2 K 온도 하강 데이터 수집.

결과 및 논의

LPCMO 나노입자 상 확인

700-1000°C 5시간 후 어닐링한 (La₀.₆Pr₀.₄)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃ 나노입자 XRD 패턴(그림 1a). 모든 회절 피크 La₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃(JCPDS 카드 no. 49-0416, a=5.4515 Å, b=7.7004 Å, c=5.4671 Å, α=β=γ=90°)과 잘 일치. 모든 LPCMO 시료 단일 상, 검출가능 제2상 없음. 실제 모든 LPCMO 시료 단일 상 정방정계 페로브스카이트 구조(Pnma 공간군) 결정화. XRD 패턴서 계산된 격자 상수와 단위 세포 부피 표 1 제시. 격자 상수 a 일반적으로 후 어닐링 온도 증가에 따라 증가, (200) 회절 피크 좌측 이동으로 확인(그림 1b). 단위 세포 부피도 후 어닐링 온도 증가에 따라 일반적으로 증가. 표 1 격자 상수에서 a, b, c가 a≈c≈b/√2 관계 만족, 페로브스카이트 결정학 정방정계 왜곡 지시[34]. Scherrer 식으로 평균 결정립 크기 계산, 700, 800, 900, 1000°C 후 어닐링 시 각각 21, 32, 40, 47 nm(표 1).

그림 2a: x=0.0-0.5 Pr 도핑 농도 다른 (La₁₋ₓPrₓ)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃ 나노입자 800°C 5시간 후 어닐링 XRD 패턴. 마찬가지로 모든 XRD 데이터 표준 JCPDS 카드(no. 49-0416) 잘 일치, 모든 시료 정방정계 페로브스카이트 구조 결정화. 격자 상수와 단위 세포 부피 표 2 나열. 격자 상수도 a≈c≈b/√2 관계 만족, MnO₆ 팔면체 Jahn-Teller 왜곡으로 b축 신장된 전형적 정방정계 구조 왜곡 지시[34]. 격자 상수 a와 단위 세포 부피 Pr 도핑 농도 증가에 따라 약간 감소. Pr³⁺ 이온 반지름(99.0 pm) La³⁺(103.2 pm)보다 작기 때문. Pr 도핑 증가로 격자 상수 a 약간 감소, (200) 회절 피크 우측 이동(그림 2b).

LPCMO 나노입자 미세구조

다른 후 어닐링 온도 (La₀.₆Pr₀.₄)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃ 나노입자 TEM 이미지(그림 3). 그림 3a: LPCMO 나노입자 자기 모멘트 증가(나노입자 내 반강자성 정렬 억제 기인)로 강하게 응집. 그림 3a 삽입: 다수 LPCMO 나노입자서 채취한 선택영역 전자회절(SAED) 패턴, 이산 회절점으로 구성된 다결정 회절 링. 처음 5개 회절 링 직경(D_i, i=1-5) 측정, D_i²/D₁² 비 계산. 1:2:3:4:6 비율로 유사 입방 페로브스카이트 구조(유사 입방 설정)서 생성됨 의미, 처음 5개 링 각각 (101)pc, (200)pc, (211)pc, (220)pc, (222)pc 인덱싱 가능(pc=유사 입방 설정). 후 어닐링 온도 증가에 따라 LPCMO 나노입자 응집 감소, 평균 결정립 크기 증가(그림 3c, d). 700, 900°C 후 어닐링 LPCMO 나노입자 HRTEM 이미지(그림 3e, f) 격자 무늬 간격 0.26, 0.27 nm 명확 분해. 이 격자 무늬 정방정계 페로브스카이트 (La₀.₆Pr₀.₄)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃ (200) 격자 간격 대응. 따라서 개별 LPCMO 나노입자 HRTEM 이미지 분해 격자 무늬로 단결정성 입증.

마찬가지로 x=0.0-0.5 Pr 도핑 농도 800°C 5시간 후 어닐링 (La₁₋ₓPrₓ)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃ 나노입자 TEM 이미지(그림 4) 불규칙 입상 형태. 인셋 SAED 패턴(다수 LCMO 나노입자서 채취) 다결정 나노분말 회절 패턴 특징, 다결정 회절 링 이산 회절점으로 구성. D_i²/D₁² 비로 처음 5개 링 (101)pc, (200)pc, (211)pc, (220)pc, (222)pc 인덱싱. 그림 4g, h: x=0.1, 0.3 단일 (La₁₋ₓPrₓ)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃ 나노입자 HRTEM 이미지. 0.27, 0.28 nm 격자 무늬 명확 분해, LPCMO 나노입자 단결정성 지시. 전자 분산 X선 분광법(EDS) LPCMO 시료 화학 조성 결정용 수집, 정량 EDS 측정서 양이온 원자 비 La:Pr:Ca:Mn 원하는 화학양론 비율 근접(미표시).

LPCMO 나노입자 스펙트라 분석

푸리에 변환 적외선(FTIR) 분광법으로 LPCMO 시스템 격자 진동 조사. 그림 5a: 700-1000°C 5시간 후 어닐링 (La₀.₆Pr₀.₄)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃ 나노입자 FTIR 스펙트럼. 그림 5b: x=0.0-0.5 Pr 도핑 농도 800°C 5시간 후 어닐링 (La₁₋ₓPrₓ)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃ 나노입자 FTIR 스펙트럼. 그림 5 모든 LPCMO 나노입자에서 595 cm⁻¹ 부근 명백한 흡수 피크 관측, Mn-O-Mn 결합 신축 진동 모드 기인[35]. 이 진동 모드 Mn-O-Mn 결합 길이 변화와 밀접. 후 어닐링 온도 또는 Pr 도핑 농도 증가 시 신축 진동 모드 주파수 고파수 쪽 이동(청색편이) Mn-O 결합 길이 감소로 MnO₆ 팔면체 추가 왜곡 나타냄.

라만 분광법으로 LPCMO 나노입자 격자 왜곡 연구. 그림 6: 800, 1000°C 후 어닐링 (La₁₋ₓPrₓ)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃ 나노입자 라만 스펙트럼. 그림 6a, b: 224, 425, 680 cm⁻¹ 부근 세 라만 피크. 224 cm⁻¹ 피크 A_g(2) 할당, MnO₆ 팔면체 기울기 관련. 425 cm⁻¹ 피크 MnO₆ 팔면체 Jahn-Teller형 모드 관련[33]. 680 cm⁻¹ 피크 B_2g(1) 할당, MnO₆ 팔면체 산소 대칭 신축 진동 관련[33]. Pr 도핑 농도(x) 0.4까지 증가 시 680 cm⁻¹ 라만 피크 소멸(그림 6c, d). 고 Pr 도핑 농도 LPCMO 나노입자 정방정계 왜곡 증가로 MnO₆ 팔면체 산소 대칭 신축 진동 크게 약화 기인.

LPCMO 나노입자 이온 원자가 상태, 특히 Mn 이온 평가 위해 XPS 측정. 800°C 5시간 후 어닐링 (La₀.₆Pr₀.₄)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃ 나노입자 결과 그림 7. 그림 7a: 서베이 XPS 스캔서 La 3d, Pr 3d, Ca 2p, Mn 2p, O 1s 피크 관측, LPCMO 나노입자 La, Pr, Ca, Mn, O 원소 존재 확인. 관측된 C 1s 피크 공기 중 표면 오염 기인 가능. 그림 7b: LPCMO 나노입자 Ca 2p 좁은 스캔 XPS 스펙트럼, 345.38, 348.88 eV 두 피크 스핀-오빗 분할 3.5 eV로 Ca 2p₃/₂, Ca 2p₁/₂ 할당, Ca +2 산화 상태 존재 지시. 그림 7c: LPCMO 나노입자 Mn 2p 좁은 스캔, 641.13, 652.88 eV 두 피크 Mn 2p₃/₂, Mn 2p₁/₂ 할당. XPS-피크-미분-모방법으로 추가 분석. 그림 7d: Mn 2p₃/₂, Mn 2p₁/₂ XPS 피크 디컨볼루션. Mn 2p₃/₂ 피크 640.80, 642.72 eV 두 피크로 분해, 각각 Mn³⁺, Mn⁴⁺ 이온 대응. Mn 2p₁/₂ 피크도 652.40, 654.00 eV 두 피크로 분해, Mn³⁺, Mn⁴⁺ 대응. 결과 디컨볼루션 Mn 2p XPS 피크서 Mn³⁺, Mn⁴⁺ 이중 산화 상태 존재 확인. Mn 2p₃/₂, Mn 2p₁/₂ 코어 레벨이 Ca²⁺ 도핑으로 망간 두 원자가로 두 피크 분할, 이중 교환 상호작용 기초 형성. 디컨볼루션 XPS 피크 면적서 추정 Mn³⁺/Mn⁴⁺ 함량비 약 2:1.

자외선-가시광선(UV-Vis) 흡수 스펙트럼 측정해 x=0.0-0.5 Pr 도핑 800°C 5시간 후 어닐링 (La₁₋ₓPrₓ)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃ 나노입자 광학 밴드갭 추정. 광학 흡수 에지 분석[36]:

αhv ∝ (hν - E_g)ⁿ

α: 흡수 계수, 광학 흡광도와 시료 두께 의존[36]. n=1/2(직접 전이) 또는 2(간접 전이). LPCMO 나노입자 (αhν)² vs 광자 에너지(hν) 플롯 그림 8. 넓은 범위 (αhν)²과 hν 선형 관계 관측, 직접 전이 공정 발생 시사. 플롯 hν 축 절편서 LPCMO 나노입자 광학 밴드갭 2.55-2.71 eV(넓은 밴드갭 반도체 영역), LPCMO 나노입자 반도체 특성 지시. 관측 밴드갭 Kumar 등 보고 (La₀.₆Pr₀.₄)₀.₆₅Ca₀.₃₅MnO₃ 나노입자(~3.5 eV)[33]보다 작음. 페로브스카이트 망가나이트 La/Ca 비 차이와 입자 크기 차이 가능성.

LPCMO 나노입자 자기 특성

800, 1000°C 후 어닐링 (La₀.₆Pr₀.₄)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃ 시료 온도 의존 자화 M(T) 그림 9, 0.01 T 외부 자기장 하 영장 냉각(ZFC) 모드와 영장 냉각(FC) 모드 측정. M-T 데이터서 모든 LPCMO 시료 냉각 시 상자성-강자성 전이, 퀴리 온도 T_c(-dM/dT 피크 해당 온도) 800°C, 1000°C 후 어닐링 시료 각각 171, 183 K 결정. La₀.₄Pr₀.₃Ca₀.₃MnO₃ 시료(186 K)[37] 값과 근접. 추가로 M_FC(T) 온도 추가 하강 시 거의 일정값 유지, M_FC(T)-M_ZFC(T) 곡선 광범위 온도 범위 분기 관찰. 분기 (La₀.₆Pr₀.₄)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃ 나노입자 클러스터 유리 유사 거동 시사[38,39]. 그림 10: 800, 1000°C 후 어닐링 (La₀.₆Pr₀.₄)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃ 시료 다른 온도서 자기장 의존 자화. M-H 히스테리시스 루프서 모든 시료 T_C 이하 저온(2, 10 K) 강자성 거동, 300 K 상자성 거동. 그림 11: x=0.1-0.4 Pr 도핑 800°C 5시간 후 어닐링 (La₁₋ₓPrₓ)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃ 나노입자 온도 의존 자화, 0.01 T 외부 자기장 ZFC/FC 모드. M_ZFC(T) 곡선서 냉각 시 상자성-강자성 전이 관측, T_c 값 x=0.1, 0.2, 0.3, 0.4 LPCMO 시료 각각 233, 228, 180, 171 K 측정(표 3). 졸-겔법 합성 800°C 4시간 공기 중 소결 La₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃ 나노입자(T_c=253 K)[40] 대비 (La₁₋ₓPrₓ)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃ 시료 T_c 값 Pr 도핑 증가에 따라 감소. 그림 12: x=0.1-0.4 Pr 도핑 800°C 5시간 후 어닐링 (La₁₋ₓPrₓ)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃ 나노입자 M-H 히스테리시스 루프. 저온(2, 10 K) 강자성, 300 K 상자성. 10 K 확대 국소 M-H 히스테리시스 루프서 포화 자화(M_s), 잔류 자화(M_R), 보자력(H_c) 얻음(그림 12b, d, f, h), 표 3 제시.

위 XRD 패턴 구조 데이터서 (La₁₋ₓPrₓ)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃(x=0.1-0.4) 나노입자 단위 세포 부피 Pr 도핑 증가에 따라 감소 확인(표 2). Pr³⁺ 이온 반지름(99.0 pm) La³⁺(103.2 pm)보다 작음 기인. 결과 정방정계 페로브스카이트 구조 MnO₆ 팔면체 부피 Pr 도핑 증가에 따라 감소. MnO₆ 팔면체 Mn-O 결합 길이 짧아져 FTIR 스펙트럼 신축 진동 모드 주파수 청색편이 유도. 자기 데이터서 (La₁₋ₓPrₓ)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃(x=0.1-0.4) 나노입자 T_c 값 Pr 도핑 증가에 따라 감소, La₀.₇₋ₓPrₓCa₀.₃MnO₃(x=0.0-0.45) 시스템과 유사[37]. Pr 도핑 증가로 e_g 전자 대역폭 좁아지고 전자-포논 상호작용 증가해 e_g 전자 이동도 감소 보고[37]. 따라서 (La₁₋ₓPrₓ)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃(x=0.1-0.4) 나노입자 이중 교환 상호작용 대역폭 좁아짐과 e_g 전자 이동도 감소로 약화, T_c 감소. Pr 도핑 증가 시 포화 자화(M_s) 일반적으로 감소, 보자력(H_c) 증가. 페로브스카이트 망가나이트 자기 특성 Mn-O 결합 길이, Mn-O-Mn 결합 각도 매우 민감. FTIR 청색편이로 확인된 Mn-O 결합 길이 감소 시료 자화 Pr 도핑 증가에 따라 포화 어려움. 이중 교환-초교환 상호작용 경쟁으로 망간 모멘트 캔팅 기인 가능[34]. 유사하게 강자성 이중 교환 상호작용 약화, 전하 정렬 클러스터 안정화로 Pr 도핑 증가 시 훨씬 높은 자기장(H) 필요해 전하 정렬 파괴, 보자력(H_c) 증가 관측.

결론

요약: X선 회절, TEM, HRTEM, SAED 패턴 구조 측정으로 졸-겔 공정 합성 Pr 도핑 페로브스카이트 망가나이트 (La₁₋ₓPrₓ)₀.₆₇Ca₀.₃₃MnO₃(LPCMO, x=0.0-0.5) 나노입자 상 형성과 단결정성 정보 제공. 모든 합성 LPCMO 시료 페로브스카이트 결정학 정방정계 왜곡 구조 결정화, MnO₆ 팔면체 b축 신장, 라만 스펙트럼 확인. 개별 LPCMO 나노입자 HRTEM 이미지서 0.26, 0.27 nm 격자 무늬 관측, 단결정성 입증. 푸리에 변환 적외선 스펙트럼 MnO₆ 팔면체 Mn-O 결합 600 cm⁻¹ 근처 신축 진동 모드 확인, 후 어닐링 온도 또는 Pr 도핑 농도 증가 시 Mn-O 결합 길이 감소로 청색편이, 추가 왜곡 나타냄. XPS 스펙트럼 Mn³⁺/Mn⁴⁺ 이중 산화 상태 존재 확인. UV-Vis 흡수 스펙트럼 밴드갭 2.55-2.71 eV 범위, 반도체 특성 지시. 자기 거동 모든 시료 상자성-강자성 상전이. LPCMO 나노입자 퀴리 온도(T_c) Pr 도핑 증가에 따라 감소. 다른 온도 M-H 히스테리시스 루프서 2, 10 K 강자성, 300 K 상자성. 자기 측정 퀴리 온도 약 230 K, 포화 자화(M_s) 약 81 emu/g, 10 K 보자력 390 Oe 제공. 강한 자기 거동과 반도체 특성으로 LPCMO 나노입자 자기 반도체 소자 적합 후보.