Effect of pH and annealing temperature on the structural and magnetic properties of cerium-substituted yttrium iron garnet powders produced by the sol-gel method

Abstract

Cerium substituted yttrium iron garnet (Ce 0.2 Y 2.8 Fe 5 O 12 ; Ce-YIG) nanoparticles were produced via the sol-gel method from solutions of Ce-, Y-and Fe-based precursors, a solvent and a chelating agent. The solutions were dried at 200°C and heat treated at temperatures between 800°C and 1400°C for 3 h in air. The effects of pH and annealing temperature on the structure, phase formation, magnetic properties and crystallite size were investigated. A cubic YIG phase was obtained for the sample annealed at 1400°C. The presented results showed that the pH value of the starting solution affects the crystal size and consequently, the saturation magnetization.

Modulación de las propiedades magnéticas del YIG mediante dopaje con Ce3+

“…La figura 6, en la que se muestra el ciclo de histéresis de los polvos molidos y tratados térmicamente, se observa que todas las muestras presentan un comportamiento ferrimagnético, con una magnetización de saturación muy elevada, en comparación al que presentan las mezclas molidas, con valores cercanos a 27.5 emu/g, acorde con otros métodos de síntesis [1,3,5,6,8,10]. Lo anterior se atribuye a la transformación de ortoferrita (YFeO3) a YIG, a causa del tratamiento térmico.…”

“…El YIG ha sido dopado con diferentes cationes como In 3+ , Mn 3+ , Bi 3+ , La 3+ , Ti 4+ , Nd 3+ , Gd 3+ y Ce 3+ , entre otros cationes trivalentes. La sustitución de Cerio en el YIG presenta mejora en propiedades magneto-ópticas, eficiencia de ancho de banda, y propiedades dieléctricas, esto se debe al incremento de polarización espontánea [1,6] atribuido a su configuración electrónica ([Xe] 4f 1 5d 1 6s 2 ). El dopar con Ce el sistema YIG es complicado considerando inicialmente que el radio iónico del Ce 3+ (1.01 Å) es más grande que el del Y 3+ (0.995 Å) [7], presenta baja solubilidad [8], esfuerzos internos y distorsión estructural; además el Ce 3+ tiende a oxidarse a Ce 4+ produciendo CeO2, destruyendo la estructura del granate, ya que afecta principalmente sus propiedades magnéticas.…”

“…En este sentido Yarici y col. [6] sintetizaron Ce0.2Y2.8Fe5O12 mediante sol-gel, quienes afirman que se requiere tratar térmicamente a 1400 °C para introducir a el Ce 3+ en el YIG, obteniendo valores de magnetización de saturación de 24.5 emu/g, así como valores de coercividad de 35 Oe, reportando además la presencia de CeO2 como fase secundaria. Del mismo modo Ibrahim y col. [8], sintetizaron películas de Ce:YIG de hasta 0.3% en peso por sol-gel, y un posterior tratamiento térmico a 900°C.…”

Polycrystalline to preferred-(100) single crystal texture phase transformation of yttrium iron garnet nanoparticles

“…[10][11][12][13][14][15] Nevertheless, limited literature has been published on trivalent ion substitution in place of Y 3+ ions in YIG systems. 16,17 In the present study, we replaced non-magnetic Y 3+ ions with the non-magnetic rare earth Ce 3+ ions in YIG and fabricated Y 3Àx Ce x Fe 5 O 12 (0 # x # 2.0) nanoparticles using a combination of sol-gel auto-combustion and solid-state reaction technique. The effect of Ce 3+ substitution on the microstructure and morphological, stoichiometric, magnetic, electrical and dielectric properties of YIG was investigated.…”