aalto1 untyped-item.component.html
High-pressure high-temperature synthesis of double perovskite Ba2CuTex−1WxO6, x = 0 - 1
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Engineering |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Language
en
Pages
48
Series
Abstract
The high-pressure high-temperature method can be used to induce phase transitions and synthesize compounds which do not form under ambient pressure. These materials often exhibit exotic properties as the pressure alters the structure by changing the bonding behavior of the atoms.
The main goal of this thesis was to synthesize tetragonal double perovskite Ba2CuTe1−xWxO6, x = 0 - 1 using high pressure. This phase has not been obtained for the range between 0 < x < 1 as it forms either a monoclinic structure or low purity sample at ambient pressure. With tellurium and tungsten both present, the forming double perovskite is expected to have high frustration caused by competing magnetic exchange interactions in the ab-plane. This frustration could lead to a spin-liquid ground state similar to the one that has been found in isostructural Sr2CuTe0.5W0.5O6.
The samples were synthesized using 4 GPa pressure at temperatures between 900 to 1200 ◦C. X-ray diffraction and Rietveld refinement were used to determine the structure parameters and the purity of the samples. The unit cell of the studied samples followed Vegard’s law with an exception at x = 0.9 where an immiscibility gap is most likely present. However, the repeatability of the synthesis was poor and varying amounts of impurities, mainly Ba3W2O9 and CuO, were present in all of the samples.
Magnetic measurements were done to the purest double perovskite sample Ba2CuTe0.5W0.5O6 (x = 0.5) revealing a broad susceptibility maximum typical to two-dimensional magnetic materials. The data was studied using Curie-Weiss fit and high-temperature series expansion of the S = 1/2 Heisenberg square-lattice
model. The resulting Curie-Weiss temperature indicated three times stronger antiferromagnetism compared to Sr2CuTe0.5W0.5O6.
Korkeapaine yhdistettynä korkeaan lämpötilaan mahdollistaa erilaisia faasimuutoksia
sekä synteesejä, joita ei tapahdu normaalissa paineessa. Korkeapaineella saavutetuilla
materiaaleilla on usein eksoottisia ominaisuuksia, sillä paine vaikuttaa muodustuviin
rakenteisiin muuttamalla atomien välisiä sidoksia.
Tämän diplomityön päätavoitteena oli syntetisoida korkeapaineen avulla tetragoninen kaksoisperovskiitti Ba2CuTe1−xWxO6, missä x = 0-1. Kyseiset yhdis-
teet ovat kiinnostavia niiden magneettisten ominaisuuksien vuoksi, koska niissä
olevat telluuri ja volfram aiheuttavat erilaisia magneettisia vuorovaikutuksia, jotka kilpailevat keskenään. Tällainen magneettinen ”turhautuminen” saattaa johtaa
spin-nesteen kaltaiseen perustilaan, missä spinit pysyvät järjestäytymättömänä 0 K lämpötilassa. Kyseinen tila on aiemmin havaittu samanlaisen rakenteen omaavassa
Sr2CuTe0,5W0,5O6-yhdisteessä. Kuitenkaan vastaavaa Ba2CuTe1−xWxO6 välillä 0 < x < 1 ei ole aiemmin syntetisoitu, sillä normaalipaineessa tuloksena on monokliininen rakenne tai suuri määrä epäpuhtauksia.
Näytteet syntetisoitiin 4 GPa:n paineessa, 900–1200 °C lämpötiloissa. Rakenneparametrit sekä näytteiden puhtaus määritettiin röntgendiffraktion ja Rietveld-hienonnuksen avulla. Tutkittujen näytteiden yksikkökopin tilavuus noudatti Vegardin lakia, lukuunottamatta x = 0,9 yhdisteitä. Tästä, sekä korkeasta epäpuhtauksien määrästä johtuen voidaan olettaa, että substituutio ei onnistu x = 0,9 alueella. Synteesin toistettavuuden voidaan todeta olevan huono, sillä muissakin näytteissä oli vaihtelevin määrin epäpuhtauksia, joihin kuuluivat pääasiassa Ba3W2O9 ja CuO.
Magneettiset mittaukset tehtiin puhtaimmalle Ba2CuTe0,5W0,5O6 kaksoisperovskiittinäytteelle. Niiden tuloksissa oli nähtävissä laaja suskeptibiliteetin maksimikohta, joka on tyypillinen kaksiulotteisille magneettisille materiaaleille. Dataa analysoitiin Curie–Weiss-sovituksella sekä S = 1/2 Heisenbergin neliöhilarakenteen korkean lämpötilan sarjalaajennuksella. Saatu Curie–Weiss -lämpötila viittasi kolme kertaa voimakkaampaan antiferromagnetismiin Sr2CuTe0,5W0,5O6-yhdisteeseen verrattuna.
Description
Supervisor
Karppinen, MaaritThesis advisor
Sederholm, LindaMustonen, Otto