Distribution of complexes with divalent nickel Ni2+ in single crystals of lithium-gallium spinel Li0.5Ga2.5O4

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The structural and magnetic nonequivalence of Ni2+ nickel ions in single crystals of lithium-gallium spinel has been studied by Electron Paramagnetic Resonance (EPR). The distribution of ions over sublattices and structurally unequal positions in the unit cell of the crystal lattice of a lithium-gallium spinel single crystal Li0.5Ga2.5O4 is shown. The parameters and properties of materials are determined by this distribution of ions. Two types of centers are formed in a single crystal. Nickel Ni2+ ions are replaced in structurally unequal positions by gallium ions located in a tetrahedral environment and lithium ions located in an octahedral environment. The research can be used to analyze the properties of spinel ferrites and non-monocrystalline materials. The perspective of the work lies in the fact that currently powder materials are usually used in practice. But their properties vary depending on the production technology. Using the example of single crystals, it is shown how the introduced impurity ions are distributed. This distribution occurs uniformly over structurally unequal positions. It should be taken into account that in the case of rapid cooling during the growth of single crystals and films, the ion distribution may be different.

About the authors

V. A. Shapovalov

Galkin Donetsk Institute for Physics and Engineering

Email: vashapovalov1@mail.ru
Donetsk, 283048 Russia

References

  1. Narang S.-B., Pubby K. Nickel Spinel Ferrites: A review // J. Magn. Magn. Mater. 2021. V. 519. Р. 167163.
  2. Tsurkan V., Krug Von Nidda H.-A., Deisenhofer J., Lunkenheimer P., Loidl A. On the complexity of spinels: Magnetic, electronic, and polar ground states // Phys. Rep. 2021. V. 926. С. 1–86.
  3. Maigny L., Dupont M. Spinels: Occurrences, Physical Properties and Applications. Nova Sci. Publishers, Inc: New York, USA. 2013.
  4. Ganesh I.A. Review on Magnesium Aluminate (MgAl2O4) Spinel: Synthesis, Processing and Applications // Int. Mater. Rev. 2013. V. 58. Р. 63–112.
  5. Zou Y., Gréaux S., Irifune T., Li B., Higo Y. Unusual Pressure Effect on the Shear Modulus in MgAl2O4 Spinel // J. Phys. Chem. C. 2013. V. 117. Р. 24518−24526.
  6. Шаповалов В.В., Шаповалов В.А., Вальков В.И., Шавров В.Г., Коледов В.В., Службин Ю.А., Потапская О.Н. Самоорганизация монокристалла шпинели Li0.5Ga2.5O4 и распределение в нем 3d3 ионов хрома // Физика и техника высоких давлений. 2020. Т. 30. № 3. С. 49–62.
  7. Shapovalov V.V., Шаповалов В.А., Шавров В.Г., Коледов В. В., Вальков В.И., Каманцев А.П. Распределение ионов марганца Mn2+в монокристалле литий-галлиевой шпинели Li0.5Ga2.5O4 // ФТТ. 2021. Т. 63. Вып. 4. С. 499–502.
  8. Шаповалов В.В., Шаповалов В.А., Дрокина Т.В., Воротынов А.М., Вальков В.И. Распределение ионов кобальта Cо2+ в монокристаллах шпинели Li0.5Ga2.5O4 // ФММ. 2024. Т. 125. № 1. С. 32–38.
  9. Donegan J.F., Bergin F.J., Glynn T.J., Imbusch G.F., and Remeika J.P. The optical spectroscopy of LiGa5O8:Ni2+// J. Luminescence. 1986. V. 35. Р. 57–63.
  10. Martin D.Z.C., Haworth A.R., Schmidt W.L., Baker P.J., Boston R., Johnston K.E., McLaren N.R. Evaluating lithium diffusion mechanisms in the complex spinel Li2NiGe3O8 // Phys. Chem. Chemical Phys. 2019. V. 21. Р. 23111–23118.
  11. Manthiram A., Chemelewski K., Lee E.-S. A perspective on the high-voltage LiMn1.5Ni0.5O4 spinel cathode for lithium-ion batteries // Energy Environ. Sci. 2014. V. 7. Р. 1339–1350.
  12. Shuangming Ch., Yanfei W., Peixin C., Wangsheng Ch., Xing Ch., Ziyu W. Cation Distribution in ZnCr2O4 Nanocrystals Investigated by X-ray Absorption Fine Structure Spectroscopy // J. Phys. Chem. C. 2013. V. 117. Р. 25019–25025.
  13. Le Nestour A., Gaudon M., Villeneuve G., Daturi M., Andriesse R., Demourgues A. Defects in Divided Zinc-Copper Aluminate Spinels: Structural Features and Optical Absorption Properties // Inorg. Chem. 2007. V. 46. Р. 4067–4078 .
  14. Xiulan D., Duorong Y., Fapeng Yu. Cation Distribution in Co-Doped ZnAl2O4 Nanoparticles Studied by X-ray Photoelectron Spectroscopy and 27Al Solid-State NMR Spectroscopy // Inorg. Chem. 2011. V. 50. Р. 5460–5467.
  15. Lee E.-S., Nam K.-W., Hu E., Manthiram A. Influence of Cation Ordering and Lattice Distortion on the Charge−Discharge Behavior of LiMn1.5Ni0.5O4 Spinel between 5.0 and 2.0 V // Chem. Mater. 2012. V. 24. Р. 3610−3620.
  16. Селезнев В.Н., Пухов И.К., Дрокин А.К., Шаповалов В.А. Магнитная и кристаллографическая анизотропия монокристаллов литиевого и литий-цинкового ферритов с малыми добавками кобальта // ФТТ. 1970. Т. 12. № 3. С. 885–891.
  17. Abragam A. and Bleaney B. Electron Paramagnetic Resonance of Transition Ions. Oxford: Clarendon press, 1970.
  18. Пуа Р. Химия твердого тела. М.: Металлургия, 1972. C. 49–75.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».