테라헤르츠 시간영역 분광법을 이용한 코발트 도핑 루테튬 오르토페라이트의 전도도 효과적 제어

리, G., 류, R., 황, J., 쯔이, H., 샤, N., 왕, Z., 황, Z. 및 추, J.

초록

^Co³⁺ 도핑을 적용한_LuFeO₃ (LFO)의 전도도를 테라헤르츠(THz) 시간 영역 분광법을 통해 효과적으로 제어하는 방법을 탐구하였다. 5% Co가 도핑된 LFO(LFO:Co 5%)의 전도도는 LFO보다 낮은 반면, 15% Co가 도핑된 LFO(LFO:Co 15%)의 전도도는 LFO보다 현저히 높은 것으로 나타났습니다. 또한, LFO는 0.58 및 1.61 THz에서 두 개의 격자 진동 피크를 나타내는 반면, LFO:Co 5%는 1.61 THz에서 단 하나의 격자 진동 피크만 나타내고, LFO:Co 15%에서는 뚜렷한 진동 피크가 관찰되지 않는다. 0.58 THz에서 격자 진동이 사라진 것은^Co3+ 도핑으로 인해 Fe (Co)-O 결합 길이가 짧아져^Fe3+의 자기 공명 효과가 억제된 데 기인합니다^. 15%^Co3+ 도핑을 하면 구조적 안정성이 향상되고^{표면/계면/경계에서 Lu3+의}비대칭 진동이 억제되어 1.61 THz에서 진동 피크가 사라집니다. LFO:Co 5%의 전도도는 LFO보다 낮은데, 이는 주로 1.61 THz에서의 격자 진동과 도핑으로 인해 도입된 산소 결함(oxygen vacancy defects)이 공동으로 캐리어 역산란(carrier back-scattering) 정도를 증가시켜 캐리어 이동을 감소시키기 때문이며, 5%^Co³⁺ 도핑 시 전자 친화도에 의한 전도도 증가는 매우 제한적이기 때문이다. LFO:Co 15%의 전도도가 LFO에 비해 현저히 높은 이유는 15%^Co³⁺ 도핑으로 인해 전체 전자 친화도가 뚜렷하게 증가하고 격자 진동이 억제되어, 그 결과 캐리어 이동도가 향상되었기 때문이다. 본 연구의 결과는 고전도성 및 안정적인 고체 산화물 연료 전지 음극의 설계 및 생산을 위한 중요한 실험 데이터와 이론적 근거를 제공한다.

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