졸-겔 방법을 이용한 LiMn2O4 및 LiTxMn2-xO4 (T = Fe, Ni) 박막 제작 및 그 구조적, 광학적 특성

서지정보

· 발행기관 : 한국물리학회
· 수록지 정보 : 새물리 / 52권 / 1호 / 56 ~ 61페이지
· 저자명 : 이중한, 김광주

초록

졸-겔 (sol-gel) 방법을 이용하여 스피넬 (spinel) 구조를 가지는
LiMn$_2$O$_4$, LiNi$_x$Mn$_{2-x}$O$_4$, LiFe$_x$\\Mn$_{2-x}$O$_4$
박막들을 Si(111) 및 Al$_2$O$_3$(0001) 기판 위에 성장시켰다.
박막들의 스핀코팅을 위한 선구 (precursor) 용액에서 Li : Mn 비율이
1 : 2일 경우 공기 중 600 $^\circ$C에서 6 $\sim$ 8 시간 열처리를
통하여 cubic 구조를 가지는 LiMn$_2$O$_4$ 박막을 얻을 수 있었으며
Li의 비율이 그보다 낮은 경우 LiMn$_2$O$_4$및 Mn$_2$O$_3$ 상이
공존하는 박막이 얻어졌다. 이와 같은 cubic 구조의
LiMn$_2$O$_4$에서는 팔면체 자리를 차지하는 Mn$^{3+}$ 이온들이 주로
low-spin 상태를 가지는 것으로 해석된다. Fe가 Mn을 치환하게 되는
LiFe$_x$Mn$_{2-x}$O$_4$ 박막의 경우는 $x$ $\leq$ 0.55 범위에서
cubic 구조가 유지되는 단일상 박막이 얻어짐을 확인할 수 있었으며 Fe
성분비 증가에 따라 그 격자상수는 감소함이 나타났다.
LiNi$_x$Mn$_{2-x}$O$_4$ 박막에서는 $x$ $\leq$ 0.4 범위에서 cubic
구조가 유지되지만 그보다 큰 Ni 성분비에서는 tetragonal 구조로의
상전이가 일어남을 발견하였다. 이와 같은 상전이는 low-spin
Ni$^{3+}$(t$_{2g}$$^6$, e$_g$$^1$) 이온의 팔면체자리 차지에 의하여
일어나는 Jahn-Teller distortion에 의한 것으로 해석된다.
LiNi$_x$Mn$_{2-x}$O$_4$ 박막에서도 Ni 성분비 증가에 따라
격자상수가 감소하며 Fe 도핑의 경우보다 그 감소율이 더 큰 것으로
나타났다. LiMn$_2$O$_4$, LiNi$_x$Mn$_{2-x}$O$_4$ 박막들에 대하여
가시광선-자외선 영역에서 분광타원해석법을 이용하여 광학적 성질을
조사하였고 그 결과 관측된 흡수 구조는 팔면체 자리에 존재하는
Mn$^{3+}$ 이온에 의한 전하이동 (charge-transfer), 전이
(transition) 및 결정장 (crystal-field) 전이에 의한 것으로 해석될
수 있다.

참고자료

· 없음