ESR and 57Fe M¨ossbauer Spectroscopy Study of Fe-doped SrBi2Nb2O9

Abstract

Solid solutions of Bi2SrNb2−2xFe2xO9−δ have been obtained by solid-phase synthesis. The electronic state and nature of the local environment of iron atoms in the SrBi2Nb2O9 matrix with a layered perovskite-like structure were studied by ESR and M¨ossbauer spectroscopy. In the ESR spectra of samples of Bi2SrNb2−2xFe2xO9−δ (х60.04) solid solutions an intensive asymmetric line in the lowfield region with the main feature at g=4.27, weakly pronounced peak g=6.15 and shoulder g∼9, and also an intensive broad (ΔBpp ∼50–150 мТ) band centered around g∼2.0 is present. The M¨ossbauer spectrum of the compound Bi2SrNb2−2xFe2xO9−δ is represented by an asymmetric doublet with isomer shift (IS)∼0.3, and quadrupole splitting (QS)∼0.5 mm/s. The shape of the doublet is reproduced by the superposition of two doublets with small and high IS and QS values. About 85% of the spectral area of the paramagnetic part of the spectrum is represented by the doublet Fe3+(1) with IS=0.31±0.04, QS = 0.45±0.04 mm/s correlated with Fe3+ ions in regular axial positions. The remaining part is represented by the doublet Fe3+(2) with IS=0.5±0.1, QS = 0.7±0.2 mm/s from the Fe3+ ions in defect environment

Твердофазным методом синтеза получены твердые растворы Bi2SrNb2−2xFe2xO9−δ. Методами ЭПР и мёссбауровской спектроскопии исследовано электронное состояние и характер локального окружения атомов железа в матрице SrBi2Nb2O9 со слоистой перовскитоподобной структурой. В спектрах ЭПР образцов твердых растворов Bi2SrNb2−2xFe2xO9−δ (x 6 0.04) присутствует интенсивная асимметричная линия в области низких полей с главной особенностью при g = 4.27, слабо выраженными пиком g = 6.15 и плечом g∼9, а также интенсивная широкая (ΔBpp ∼50–150 мТ) полоса с центром около g∼2.0. Мёссбауэровский спектр соединения Bi2SrNb2−2xFe2xO9−δ представлен асимметричным дублетом с изомерным сдвигом (IS)∼0.3 и квадрупольным расщеплением (QS)∼0.5 мм/с. Форма дублета воспроизводится суперпозицией двух дублетов с малыми и высокими значениями IS и QS. Около 85 % спектральной площади парамагнитной части спектра приходится на дублет Fe3+(1)) with IS = 0.31±0.04, QS = 0.45±0.04 мм/с, соотнесенный с ионами Fe3+ в регулярных аксиальных позициях. Оставшаяся часть представлена дублетом Fe3+(2) с IS = 0.5 ± 0.1, QS = 0.7 ± 0.2 мм/с от ионов Fe3+ в дефектном окружении