NEXAFS and XPS Spectra of Mn Doped Bismuth Magnesium Tantalate Pyrochlores

Abstract

According to X-ray powder phase analysis, Bi2MgxMn1_xTa2O9:5_Δ (x=0.3;0.5;0.7) samples synthesized using ceramic technology contain the main phase of cubic pyrochlore (space group Fd-3m) and the impurity phase BiTaO4 of the triclinic modification (sp. Gr. P-1), the content of which is proportional to the degree of doping with manganese. The unit cell parameter of the pyrochlore phase increases uniformly with increasing index x(Mg) from 10.4970(8) at x=0.3 to 10.5248(8) °A (x=0.7), obeying the Vegard rule. The electronic state of all ions included in Bi2MgxMn1_xTa2O9:5_Δ was studied using X-ray spectroscopy. According to NEXAFS and XPS data, it was established that doping with magnesium does not change the oxidation state of bismuth and tantalum in pyrochlore. Meanwhile, in the Ta4f�����, Bi4f7=2 and Bi4f5=2 spectra of the samples, an energy shift of the absorption bands towards lower energies is observed, which is typical for bismuth and tantalum ions with an effective charge of (+3- ) and (+5- ), caused by the distribution of manganese(II) and magnesium(II) ions in the position of bismuth and tantalum. According to NEXAFS and XPS spectroscopy, manganese ions in the samples have oxidation states predominantly +2 and +3, the proportion of which increases with increasing manganese content in the samples

По данным рентгенофазового анализа, синтезированные по керамической технологии образцы Bi2MgxMn1_xTa2O9:5_Δ (х=0.3;0.5;0.7) содержат основную фазу кубического пирохлора (пр.гр. Fd-3m) и примесную фазу BiTaO4 триклинной модификации (пр.гр. P-1), содержание которой пропорционально степени допирования марганцем. Параметр элементарной ячейки фазы пирохлора равномерно увеличивается с ростом индекса x(Mg) от 10.4970(8) при х=0.3 до 10.5248(8) °A (х=0.7), подчиняясь правилу Вегарда. Методом рентгеновской спектроскопии исследовано электронное состояние всех ионов, входящих в состав Bi2MgxMn1_xTa2O9:5_Δ. По данным NEXAFS и XPS установлено, что допирование магнием не изменяет степени окисления висмута и тантала в пирохлоре. Между тем, в Ta4f����, Bi4f7=2 и Bi4f5=2 спектрах образцов наблюдается энергетический сдвиг полос поглощения в сторону меньших энергий, что характерно для ионов висмута и тантала с эффективным зарядом (+3- ) и (+5- ), обусловленных распределением ионов марганца(II) и магния(II) в позиции висмута и тантала. По данным NEXAFS и XPS спектроскопии, ионы марганца в образцах имеют степени окисления преимущественно +2 и +3, доля которых возрастает с увеличением содержания марганца в образцах