MAGNETIC PROPERTIES OF SELECTED TRANSITION-METAL-BASED VAN DER WAALS MATERIALS. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Dissertation) PhD Dissertation - Fares Subait Hadi Obad - Phy. Dept. - May 2023 - June 14 2023.pdf - Submitted Version Restricted to Repository staff only until 20 September 2024. Download (6MB)

Arabic Abstract

بدأ الاهتمام بدراسة المواد الطبقية ( )Van der Waals Layered materialsمنذ اكتشاف مادة الجرافين حيث اظهرت صفات فيزيائية مميزة قد تؤدي الى تطوير الاجهزة الالكترونية التي تعتمد على اشباه الموصلات. ما شد انتباه الباحثين في الآونة الاخيرة حول المواد الطبقية انه يمكن تحويلها من مواد ثلاثية الابعاد الى مواد رقيقة جدا يمكن اعتبارها ثنائية الابعاد. السبب الرئيسي في ذلك ان الترابط بين الطبقات في هذه المواد ضعيف في حين ان الطبقة الواحدة تكون متماسكة فيما بينها مما سهل في عملية فصل هذه الطبقات عن بعضها. في هذه الرسالة حضرنا اثنا عشر عينة من المواد الطبقية ذات الصيغة الكيميائية العامة . MYX3بعد دراسة العينات اتضح لنا ان ثلاث عينات منها تحتوي على تغير مفاجئ في خواصها المغناطيسية عند درجات حرارة مختلفة. اخترنا عينتين فقط من هذه العينات ( ) CrSnS3 , CrSbS3حيث قمنا بالبحث اكثر في خصائصها المغناطيسية عند درجات الحرارة )، إضافة إلى خصائصCritical isotherms Arrott plot, Kouvel-Fisher( الحرجة باستخدام عدة طرق مثل تأثير المغناطيسية الحرارية الخاصة بها. وجد ان العينتين اظهرت درجة حرارة حرجة اكبر من ( )CrSbSe3لكنها اقل تاثير في الخصائص المغناطيسية الحرارية. ربما تحتاج بعض التعويضات من عناصر اخرى لكي تتحسن خواصها المغناطيسية .

English Abstract

In this study, we synthesized and investigated the magnetic properties of several members of van der Waals transition metal-based chalcogenides. The general chemical formula of these materials is MYX3, where M is a transition metal (Cr or V),(Y is Sn or Sb), and X is a chalcogen (S, Se, and Te). The ac-susceptibility measurements revealed that CrSnS3, CrSbS3, and CrSbSe3, exhibit magnetic order transition at Tc =119 K, 115 K, and 71 K, respectively. It is also observed that the transition temperature gradually increases with increasing the atomic mass (and the ionic radius) of the chalcogen element. Two samples; namely CrSnS3 and CrSbS3 exhibit the highest transition temperatures among the known Cr-based chalcogenides, hence were further investigated. We used XRD powder analysis to study the structure of these two compounds and analysed by Fullproof Software. The magnetic properties of these two compounds were studied in detail using the results of ac-susceptibility measurements and isothermal magnetization. Furthermore, we investigated the critical behavior and magnetocaloric effect in CrSnS3 and CrSbS3 compounds. The critical exponents β and γ were determined using a modified Arrott plot and confirmed by the Kouvel-Fisher plot. In contrast, the critical exponent δxx was obtained by a critical isotherms analysis at TC which is in agreement with the value obtained from the Widom relation. The reliability of the obtained critical exponent (β, γ, and δ) values was confirmed by the universal scaling behavior analysis. An examination of the material's critical behavior revealed that it does not exhibit the behavior of a single universality class, indicating a complex competition of different magnetic interactions. The magnetocaloric effect, including the change in magnetic entropy(∆𝑆𝑀), the change in adiabatic temperature (∆𝑇𝑎𝑑), the specific heat change (ΔCP), and the relative cooling power (RCP) has been deduced from the isothermal magnetization, 𝑀(𝐻, 𝑇) data. The examination of the magnetocaloric effect revealed that CrSnS3 and CrSbS3 compounds have a moderate value of RCP below 150K, suggesting that they are good candidates for magnetocaloric refrigerators below 150K.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Physics
Department:	College of Engineering and Physics > Physics
Committee Advisor:	A. Ziq, Khalil
Committee Members:	Bahlouli, Hocine and Harrabi, Khalil and Baseer Haider, Muhammad and Fettouhi, Mohammed
Depositing User:	FARES OBAD (g201404300)
Date Deposited:	08 Oct 2023 12:29
Last Modified:	08 Oct 2023 12:29
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142496