A Comprehensive Investigation on Optical and Magnetic Properties of (In1 – xDyx)2O3 Nano Powders Prepared by Solid State Reaction Method

Abstract

У цьому дослідженні наночастинки In2O3, леговані Dy, були синтезовані за допомогою твердофазної реакції з різними концентраціями: 2; 5 і 9 ат.%. На основі досліджень рентгенівської дифракції було встановлено, що зразки порошку мають кубічну кристалічну структуру біксбіїту та розміри кристалітів 31-82 нм. Методом скануючої електронної мікроскопії установлені розміри зерен 100-300 нм. Енергодисперсійний аналіз рентгенівських спектрів (EDAX) показав, що синтезовані наночастинки не містять домішок. Використовуючи спектри дифузного відбиття, було розраховано оптичну ширину забороненої зони, яка зростала від 2,89 до 2,96 еВ зі збільшенням концентрації іонів Dy3+. Спектри фотолюмінесценції показали піки випромінювання у видимій області спектра, коли зразки збуджувалися джерелом світла з довжиною хвилі 410 нм. При температурі навколишнього середовища чистий In2O3 виявляв парамагнітну природу, тоді як наночастинки (In1 – xDyx)2O3 були феромагнітними.

In this investigation, Dy doped In2O3 nanoparticles were synthesized using solid-state reaction with different concentrations of 2 at.%, 5 at.%, and 9 at.%. From the X-ray diffraction studies, it was observed the powder samples have a cubic bixbyite crystal structure, and crystallites size was in the range of 31 nm to 82 nm. From the scanning electron microscope images, grain size it was measured and it was in the range of 100 nm to 300 nm. The energy dispersive analysis of X-ray (EDAX) spectra revealed that the synthesized nanoparticles are free from impurities. Using diffuse reflectance spectra, the optical band gap was calculated and it increased from 2.89 eV to 2.96 eV with increase of Dy3+ ions concentration. Photoluminescence spectra shown emission peaks in the visible region of the spectrum when samples were excited with a light source of wavelength 410 nm. At ambient temperature, the pure In2O3 exhibited paramagnetic nature whereas (In1 – xDyx)2O3 nanoparticles shown ferromagnetism.