Role of cobalt cations in short range antiferromagnetic Co3O4 nanoparticles: a thermal treatment approach to affecting phonon and magnetic properties

Abstract

We report the phonon and magnetic properties of various well-stabilized Co3O4 nanoparticles. The net valence in cobalt (II)/(III) cation can be obtained by subtracting the Co2+ ions in tetrahedral interstices and Co3+ ions in the octahedral interstices, respectively, which will possess spatial inhomogeneity of its magnetic moment via Co2+ in tetrahedra and Co3+ in octahedral configurations in the normal spinel structure. Furthermore, the distribution of Co2+/Co3+ governed by various external (magnetic field and temperature) and internal (particle size and slightly distorted CoO6 octahedra) sources, have led to phenomena such as a large redshift of phonon-phonon interaction and short-range magnetic correlation in the inverse spinel structure. The outcome of our study is important in terms of the future development of magnetic semiconductor spintronic devices of Co3O4.

Voltage-Controlled ON–OFF Ferromagnetism at Room Temperature in a Single Metal Oxide Film

“…Actually, Co 3 O 4 is prone to exhibit vacancies 33 and, in the case of bulk Co 3 O 4 , Co migration is vacancy-mediated (i.e., via Co 3+ vacancies). 34,35 For a more detailed structural characterization, three samples were investigated: an as-deposited film, a film treated at −200 V for 30 min (where the effects of voltage are maximized), and a sample treated at −50 V for 30 min and subsequently fully recovered (i.e., brought back to the paramagnetic state) by applying +100 V for 60 min. Full recovery from the sample treated at −200 V would require positive voltages higher than the ones available in our setup, hence the recovery was investigated in a sample treated at −50 V. Scanning electron microscopy ( Figure S3) and θ/2θ X-ray diffraction ( Figure S4 and Table S1) indicate that the ion migration mechanism is, at least partially, grain-boundarymediated (see the Supporting Information).…”

Морфология и магнитные свойства полых сфер Co-=SUB=-3-=/SUB=-O-=SUB=-4-=/SUB=-

“…В отличие от образцов № 1 и 2 полевая зависимость намагниченности образца № 3 при 4 K изменяется линейно с приложенным полем с нулевой коэрцитивной силой и остаточной величиной намагниченности, что соответствует поведению объемного материала ниже температуры Нееля T N [30]. Отсутствие ферромагнетизма в образце № 3 свидетельствует о малом количестве некомпенсированных магнитных моментов в интерфейсах наночастиц.…”

“…Наблюдается расхождение линий ZFC и FC при температурах T ir r ∼ 70 и 60 K соответственно (таблица). Сходное температурно-зависимое поведение намагниченности было зарегистрировано в нескольких экспериментальных кривых ZFC−FC для наночастиц Co 3 O 4 [17][18][19][20][21][22]30]. Расхождение линий ZFC и FC может быть отнесено к спин-стекловидному поведению некомпенсированных спинов на поверхности нанокристаллов.…”

“…5 представлены центральные части петель, измеренных в режимах заморозки без поля (ZFC) и в поле (FC). В режиме ZFC образец охлаждали в нулевом поле до 4 K и измеряли намагниченность в интервале полей ±5 T. В режиме FC образцы охлаждали до 4 K от комнатной температуры в поле 5 T и измеряли намагниченность в интервале полей ±5 T. Можно видеть, что петли гистерезисов FC образцов № 1 и 2 смещается в сторону отрицательного Для невзаимодействующих наночастиц наблюдается, как правило, увеличение обменного смещения при уменьшении диаметра частиц [30,35]. В нашем случае эта зависимость не соблюдается.…”

“…Такие изменения в спектрах КР характерны для нанокристаллов. Для образца № 1 размер нанокристаллов составляет 49 nm, положение пиков A 1g и F 2g : 666.6 и 180 cm −1 соответственно, в образце № 2 -55 nm положение пиков A 1g и F 2g : 680 и 192 cm −1 , что близко к результатам, представленным в работе[30].…”