Study of the relation between oxygen vacancies and ferromagnetism in Fe-doped TiO2 nano-powders

Autores
Mudarra Navarro, Azucena Marisol; RodrÍguez Torres, Claudia Elena; Bilovol, Vitaliy; Cabrera, Alejandra Fabiana; Errico, Leonardo Antonio; Weissmann, Mariana Dorotea
Año de publicación
2014
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
In this work, we present an experimental and theoretical study of structural and magnetic properties of Fe doped rutile TiO2 nanopowders. We show that Fe-doping induces the formation of oxygen vacancies in the first-sphere coordination of iron ions, which are in +2 and +3 oxidation states. We found that Fe ions form dimers that share one oxygen vacancy in the case of Fe3+ and two oxygen vacancies in the case of Fe2+. The saturation magnetization is almost independent of iron concentration and slightly increases with the relative fraction of Fe2+. Ab initio calculations show that two Fe ions sharing an oxygen vacancy are coupled ferromagnetically, forming a bound magnetic polaron (BMP), but two neighbor BMPs are aligned antiparallel to each other. Extra electron doping plays a fundamental role mediating the magnetic coupling between the ferromagnetic entities: carriers, possibly concentrated at grain boundaries, mediate between the BMP to produce ferromagnetic alignment.
Fil: Mudarra Navarro, Azucena Marisol. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; Argentina
Fil: RodrÍguez Torres, Claudia Elena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; Argentina
Fil: Bilovol, Vitaliy. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física. Laboratorio de Sólidos Amorfos; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Cabrera, Alejandra Fabiana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; Argentina
Fil: Errico, Leonardo Antonio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; Argentina. Universidad Nacional del Noroeste de la Provincia de Buenos Aires; Argentina
Fil: Weissmann, Mariana Dorotea. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Materia
Magnetic oxides
Mossbauer spectroscopy
Ab-initio
Deffects
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
OAI Identificador
oai:ri.conicet.gov.ar:11336/100433
Acceder
id CONICETDig_ef43ea68e6cddb3f6ce850df7ea4058e
oai_identifier_str oai:ri.conicet.gov.ar:11336/100433
network_acronym_str CONICETDig
repository_id_str 3498
network_name_str CONICET Digital (CONICET)
spelling Study of the relation between oxygen vacancies and ferromagnetism in Fe-doped TiO2 nano-powdersMudarra Navarro, Azucena MarisolRodrÍguez Torres, Claudia ElenaBilovol, VitaliyCabrera, Alejandra FabianaErrico, Leonardo AntonioWeissmann, Mariana DoroteaMagnetic oxidesMossbauer spectroscopyAb-initioDeffectshttps://purl.org/becyt/ford/1.3https://purl.org/becyt/ford/1In this work, we present an experimental and theoretical study of structural and magnetic properties of Fe doped rutile TiO2 nanopowders. We show that Fe-doping induces the formation of oxygen vacancies in the first-sphere coordination of iron ions, which are in +2 and +3 oxidation states. We found that Fe ions form dimers that share one oxygen vacancy in the case of Fe3+ and two oxygen vacancies in the case of Fe2+. The saturation magnetization is almost independent of iron concentration and slightly increases with the relative fraction of Fe2+. Ab initio calculations show that two Fe ions sharing an oxygen vacancy are coupled ferromagnetically, forming a bound magnetic polaron (BMP), but two neighbor BMPs are aligned antiparallel to each other. Extra electron doping plays a fundamental role mediating the magnetic coupling between the ferromagnetic entities: carriers, possibly concentrated at grain boundaries, mediate between the BMP to produce ferromagnetic alignment.Fil: Mudarra Navarro, Azucena Marisol. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: RodrÍguez Torres, Claudia Elena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Bilovol, Vitaliy. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física. Laboratorio de Sólidos Amorfos; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Cabrera, Alejandra Fabiana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Errico, Leonardo Antonio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; Argentina. Universidad Nacional del Noroeste de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Weissmann, Mariana Dorotea. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaAmerican Institute of Physics2014-06info:eu-repo/semantics/articleinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501info:ar-repo/semantics/articuloapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/11336/100433Mudarra Navarro, Azucena Marisol; RodrÍguez Torres, Claudia Elena; Bilovol, Vitaliy; Cabrera, Alejandra Fabiana; Errico, Leonardo Antonio; et al.; Study of the relation between oxygen vacancies and ferromagnetism in Fe-doped TiO2 nano-powders; American Institute of Physics; Journal of Applied Physics; 115; 22; 6-2014; 1-90021-8979CONICET DigitalCONICETenginfo:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/http://scitation.aip.org/content/aip/journal/jap/115/22/10.1063/1.4883183info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/10.1063/1.4883183info:eu-repo/semantics/openAccesshttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/reponame:CONICET Digital (CONICET)instname:Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas2025-09-03T09:59:18Zoai:ri.conicet.gov.ar:11336/100433instacron:CONICETInstitucionalhttp://ri.conicet.gov.ar/Organismo científico-tecnológicoNo correspondehttp://ri.conicet.gov.ar/oai/requestdasensio@conicet.gov.ar; lcarlino@conicet.gov.arArgentinaNo correspondeNo correspondeNo correspondeopendoar:34982025-09-03 09:59:19.119CONICET Digital (CONICET) - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicasfalse
dc.title.none.fl_str_mv Study of the relation between oxygen vacancies and ferromagnetism in Fe-doped TiO2 nano-powders
title Study of the relation between oxygen vacancies and ferromagnetism in Fe-doped TiO2 nano-powders
spellingShingle Study of the relation between oxygen vacancies and ferromagnetism in Fe-doped TiO2 nano-powders
Mudarra Navarro, Azucena Marisol
Magnetic oxides
Mossbauer spectroscopy
Ab-initio
Deffects
title_short Study of the relation between oxygen vacancies and ferromagnetism in Fe-doped TiO2 nano-powders
title_full Study of the relation between oxygen vacancies and ferromagnetism in Fe-doped TiO2 nano-powders
title_fullStr Study of the relation between oxygen vacancies and ferromagnetism in Fe-doped TiO2 nano-powders
title_full_unstemmed Study of the relation between oxygen vacancies and ferromagnetism in Fe-doped TiO2 nano-powders
title_sort Study of the relation between oxygen vacancies and ferromagnetism in Fe-doped TiO2 nano-powders
dc.creator.none.fl_str_mv Mudarra Navarro, Azucena Marisol
RodrÍguez Torres, Claudia Elena
Bilovol, Vitaliy
Cabrera, Alejandra Fabiana
Errico, Leonardo Antonio
Weissmann, Mariana Dorotea
author Mudarra Navarro, Azucena Marisol
author_facet Mudarra Navarro, Azucena Marisol
RodrÍguez Torres, Claudia Elena
Bilovol, Vitaliy
Cabrera, Alejandra Fabiana
Errico, Leonardo Antonio
Weissmann, Mariana Dorotea
author_role author
author2 RodrÍguez Torres, Claudia Elena
Bilovol, Vitaliy
Cabrera, Alejandra Fabiana
Errico, Leonardo Antonio
Weissmann, Mariana Dorotea
author2_role author
author
author
author
author
dc.subject.none.fl_str_mv Magnetic oxides
Mossbauer spectroscopy
Ab-initio
Deffects
topic Magnetic oxides
Mossbauer spectroscopy
Ab-initio
Deffects
purl_subject.fl_str_mv https://purl.org/becyt/ford/1.3
https://purl.org/becyt/ford/1
dc.description.none.fl_txt_mv In this work, we present an experimental and theoretical study of structural and magnetic properties of Fe doped rutile TiO2 nanopowders. We show that Fe-doping induces the formation of oxygen vacancies in the first-sphere coordination of iron ions, which are in +2 and +3 oxidation states. We found that Fe ions form dimers that share one oxygen vacancy in the case of Fe3+ and two oxygen vacancies in the case of Fe2+. The saturation magnetization is almost independent of iron concentration and slightly increases with the relative fraction of Fe2+. Ab initio calculations show that two Fe ions sharing an oxygen vacancy are coupled ferromagnetically, forming a bound magnetic polaron (BMP), but two neighbor BMPs are aligned antiparallel to each other. Extra electron doping plays a fundamental role mediating the magnetic coupling between the ferromagnetic entities: carriers, possibly concentrated at grain boundaries, mediate between the BMP to produce ferromagnetic alignment.
Fil: Mudarra Navarro, Azucena Marisol. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; Argentina
Fil: RodrÍguez Torres, Claudia Elena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; Argentina
Fil: Bilovol, Vitaliy. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física. Laboratorio de Sólidos Amorfos; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Cabrera, Alejandra Fabiana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; Argentina
Fil: Errico, Leonardo Antonio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; Argentina. Universidad Nacional del Noroeste de la Provincia de Buenos Aires; Argentina
Fil: Weissmann, Mariana Dorotea. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
description In this work, we present an experimental and theoretical study of structural and magnetic properties of Fe doped rutile TiO2 nanopowders. We show that Fe-doping induces the formation of oxygen vacancies in the first-sphere coordination of iron ions, which are in +2 and +3 oxidation states. We found that Fe ions form dimers that share one oxygen vacancy in the case of Fe3+ and two oxygen vacancies in the case of Fe2+. The saturation magnetization is almost independent of iron concentration and slightly increases with the relative fraction of Fe2+. Ab initio calculations show that two Fe ions sharing an oxygen vacancy are coupled ferromagnetically, forming a bound magnetic polaron (BMP), but two neighbor BMPs are aligned antiparallel to each other. Extra electron doping plays a fundamental role mediating the magnetic coupling between the ferromagnetic entities: carriers, possibly concentrated at grain boundaries, mediate between the BMP to produce ferromagnetic alignment.
publishDate 2014
dc.date.none.fl_str_mv 2014-06
dc.type.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
http://purl.org/coar/resource_type/c_6501
info:ar-repo/semantics/articulo
format article
status_str publishedVersion
dc.identifier.none.fl_str_mv http://hdl.handle.net/11336/100433
Mudarra Navarro, Azucena Marisol; RodrÍguez Torres, Claudia Elena; Bilovol, Vitaliy; Cabrera, Alejandra Fabiana; Errico, Leonardo Antonio; et al.; Study of the relation between oxygen vacancies and ferromagnetism in Fe-doped TiO2 nano-powders; American Institute of Physics; Journal of Applied Physics; 115; 22; 6-2014; 1-9
0021-8979
CONICET Digital
CONICET
url http://hdl.handle.net/11336/100433
identifier_str_mv Mudarra Navarro, Azucena Marisol; RodrÍguez Torres, Claudia Elena; Bilovol, Vitaliy; Cabrera, Alejandra Fabiana; Errico, Leonardo Antonio; et al.; Study of the relation between oxygen vacancies and ferromagnetism in Fe-doped TiO2 nano-powders; American Institute of Physics; Journal of Applied Physics; 115; 22; 6-2014; 1-9
0021-8979
CONICET Digital
CONICET
dc.language.none.fl_str_mv eng
language eng
dc.relation.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/http://scitation.aip.org/content/aip/journal/jap/115/22/10.1063/1.4883183
info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/10.1063/1.4883183
dc.rights.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
eu_rights_str_mv openAccess
rights_invalid_str_mv https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
application/pdf
application/pdf
application/pdf
application/pdf
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv American Institute of Physics
publisher.none.fl_str_mv American Institute of Physics
dc.source.none.fl_str_mv reponame:CONICET Digital (CONICET)
instname:Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
reponame_str CONICET Digital (CONICET)
collection CONICET Digital (CONICET)
instname_str Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
repository.name.fl_str_mv CONICET Digital (CONICET) - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
repository.mail.fl_str_mv dasensio@conicet.gov.ar; lcarlino@conicet.gov.ar
_version_ 1842269574600327168
score 13.13397

Publicaciones similares