Abstract
Single crystalline, $LuFe_2O_4$, was grown by the floating zone method. The crystal structure was a two-dimensional layered-type rhombohedral($R\={3}mh$) structure, with an $a_0=3.440(2)\;{\AA}\;and\;a\;c_0=25.263(2)\;{\AA}$. The magnetic $N\'{e}el$ temperature($T_N$) was determined to be 250 K. The $M\"{o}ssbauer$ spectrum at 12 K was fitted with four sextet sets which was resulted from the crystal structure. The spectrm at room temperature consisted of three singlets and a doublet with the electric quadrupole splitting. The isomer shift($\delta$) value of the singlet was $0.20{\pm}0.01mm/s$ relative to the Fe metal indicating the $Fe^{3+}$ valence state, and the value of the doublet was $0.70{\pm}0.01mm/s$ indicating $Fe^{2+}$. The $M\"{o}ssbauer$ absorption area ratio between $Fe^{3+}$ and $Fe^{2+}$ at room temperature was 1:1. The doublet phase of spectra gradually disappears by up to 360 K. At 360 K, the spectrum shows the singlet phase. We suggested that the spontaneous polarization effect of $LuFe_2O_4$ was caused by the change of iron behavior.
[ $LuFe_2O_4$ ] 단결정 시료를 floating zone법을 이용하여 합성, 결정학적 및 자기구조를 연구하였다. 결정 구조는 $R\={3}mh$의 능면체로 결정되었고, 격자 상수는 각각 $a_0=3.440(2)\;{\AA},\;c_0=25.263(2)\;{\AA}$이었다. 진동 시료 자화율 측정기(VSM) 실험결과와 $M\"{o}ssbauer$ 분석 실험결과 자기적 $N\'{e}el$ 온도($T_N$)는 250 K로 결정되었다. 12 K에서의 $M\ddot{o}ssbauer$ 스펙트럼을 결정구조에서 기인한 4개 세트의 6라인 공명흡수선으로 분석하였으며, 상온에서의 $M\"{o}ssbauer$ 스펙트럼은 3개의 single과 1개의 doublet이 중첩된 형태를 보였다. 상온에서 singlet들의 이성질체 이동치는 $Fe^{3+}$의 이온 상태를 나타내는 $0.20{\pm}0.01mm/s$ 전후의 값을, doublet은 $Fe^{2+}$의 이온 상태를 나타내는 $0.70{\pm}0.01mm/s$의 값을 갖는 것을 알 수 있었다. 상온에서의 $Fe^{3+}$와 $Fe^{2+}$간의 면적비율은 1:1로 나타났으나, 온도가 상승함에 따라 doublet 형태가 점차 사라지다가 360 K에서는 singlet 형태의 단일 흡수선으로 나타났다. 이는 $LuFe_2O_4$물질에서 나타내는 자발분극현상이 철 이온이 가지고 있는 거동의 변화 때문인 것으로 해석된다.
