Wykorzystanie przemiany Verweya w ocenie składu i pochodzenia kryształów magnetytu

• Autorzy: Biało I.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawione zostały wyniki pomiarów zmiennoprądowej podatności magnetycznej magnetytu (Fe3O4) w obszarze przejścia fazowego Verweya. W tej przemianie, zachodzącej w temperaturze TV≈124 K i przejawiającej się wyraźnym wzrostem ciepła właściwego gwałtownie zmienia się wiele parametrów fizycznych magnetytu, np. oporność elektryczna, podatność magnetyczna i struktura. Stwierdzono także, że już niewielkie odstępstwa od stechiometrii, czy też domieszkowanie, zasadniczo zmieniają własności magnetytu obniżając temperaturę przejścia nawet o 30 K. Wprowadzenie 0,3% defektów sprawia, że charakter przemiany zmienia się z nieciągłego na ciągły, a 1% poziom defektów zupełnie ją niszczy. W ten sposób mierząc temperaturę i kształt przemiany Verweya można ocenić skład materiału. W niniejszej pracy, badając zależność zmiennoprądowej podatności magnetycznej od temperatury dla próbek syntetycznych o znanym poziomie domieszkowania i niestechiometrii (zmierzono próbkę stechiometryczną i dwie próbki o kontrolowanym poziomie domieszkowania cynkiem), wyznaczano najpierw wzorce przebiegu przemiany Verweya. Następnie zmierzono podatność kryształów naturalnych magnetytu, a wyniki skonfrontowano z uzyskanymi wcześniej wzorcami. Na tej podstawie wykazano różnice pomiędzy charakterem przemiany Verweya dla próbek syntetycznych i naturalnych oraz oceniono skład naturalnych kryształów magnetytu. Przedstawione wyniki, a także inne przypadki opisane w literaturze wskazują, iż przemiana Verweya i jej badanie może być narzędziem pomocnym w geofizycznych badaniach paleomagnetycznych.

EN

The results of the AC magnetic susceptibility measurements of single crystalline magnetite, performed in the area of Verwey phase transition at TV≈124K, are presented. In this transition, easily experimentally discernible by the large peak in heat capacity, many physical properties, like resistivity, magnetic susceptibility or lattice symmetry, have spectacular anomalies. Already small departures from the perfect crystal structure caused by doping or nonstoichiometry are able to lower the temperature of the Verwey transition even by 30K. In particular, defects concentration as small as 0.3% drives the transition from first to the second order character, whereas in case this concentration exceeds 1% the transition is completely destroyed. Thus, magnetite single crystals with the well-defined dopant concentration/nonstoichiometry level can be regarded as “standards” for the shape and temperature of the Verwey transition. In this paper AC magnetic susceptibility was measured for stoichiometric and two Zn doped samples of synthetic magnetite, treated here as standards. Then, the standards were compared with the results of similar studies but performed on three natural crystals from Potosi, Bolivia. Based on these results, the differences in the character of the Verwey transition between samples were pointed out and the composition was estimated. These results and also others, described in the literature, show that the Verwey transition and the studies of this phenomenon could be a useful tool in solving geophysical paleomagnetic problems.

Słowa kluczowe

PL

magnetyt; podatność magnetyczna; przemiana Verweya; własności magnetytu

EN

magnetite; magnetic susceptibility; Verwey transition; magnetite properties

• Wydawca: Stowarzyszenie Naukowo-Techniczne Inżynierów i Techników Przemysłu Naftowego i Gazowniczego
• Czasopismo: Wiadomości Naftowe i Gazownicze
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 16, Nr 6 (182)
• Strony: 4--8
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Biało I.

• Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, studentka Geofizyki

Bibliografia

• 1. Gupta A., Sun J.Z, J. Magn. Magn. Mater. 200 (1999) 24.
• 2. Dennis C.L., Jackson A.J, Borchers J.A., Hoopes P.J., Strawbridge R., Foreman A.R., van Lierop J., Gruttner C., Ivkov R., Nanotechnology 20 (2009) 395103.
• 3. Aragon R., Rasmussen R.J, Shepherd J.P, Koenitzer J.W., Honig J.M., J. Magn. Magn. Mater. 54-57, (1986) 1335.
• 4. Tarnawski Z., Wiecheć A., Madej M., Nowak D., Owoc D., Król G., Kąkol Z., Kolwicz-Chodak L., Kozłowski A., Dawid T., Acta Phys. Pol. A106, (2004) 771
• 5. Wright J.P., Attfield J.P., Radealli P.G., Phys. Rev. B 66, (2002) 214422
• 6. Shepherd J.P., Koenitzer J.W., Aragón R., Spałek J., Honig J.M., Phys. Rev. B43, (1991) 8461
• 7. Bałanda M., Wiecheć A., Kim D., Kąkol Z., Kozłowski A., Niedziela P., Sabol J., Tarnawski Z., Honig J.M., Europhys. J. B 43, (2005) 201
• 8. Harrison H.R., Aragón R., Mater. Res. Bull. 13 (1978) 1097
• 9. Owoc D., Wpływ domieszkowania na strukturę krystaliczną magnetytu w przemianie Verwey’a, Rozprawa Doktorska, Kraków, 2007
• 10. Darken L.S., Gurry R.W., J. Amer. Chem. Soc. 68 (1975) 798
• 11. Marin.C, Dieguez E., Orienttion of Single Crystals by Back-Refletion Laue Pattern Simulation, World Scientific
• 12. Aragón R., Harrison H.R., McCallister R.H., Sandberg C.J., J. Cryst. Growth. 61, (1983) 221.
• 13. Wiecheć A., Rola oddziaływań magnetycznych w przemianie Verwey’a na podstawie badań właściwości magnetycznych magnetytu i cynkoferrytów Fe3-xZnxO4 (x ≤ 0.05), Rozprawa Doktorska, Kraków 2008
• 14. Brabers V.A.M., Walz F., Kronmuller H., Phys. Rev. B 58 (1998) 14163
• 15. Ostachowicz B., Zastosowanie zjawiska całkowitego odbicia promieniowania X w rentegnowskiej analizie fluorescencyjnej, Rozprawa Doktorska, Kraków 2007
• 16. Gilder S.A., Carpozen L, Hart R.J., Earth and Planetary Science Letters 251 (2006) 305-317

Uwagi

Opiekun naukowy: prof. Zbigniew Kąkol, prof. Andrzej Kozłowski