티올이 흡착된 Au 나노입자의 자기적 특성 재분석 및 NMR을 이용한 LaAgSb₂단결정에서의 전하밀도파 연구 = Comprehensive analysis of the magnetic properties of thiol capped gold nanoparticles and NMR study of the charge density wave in a single crystal LaAgSb2

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Thiol capped gold nanoparticles (Au-SR NPs), which are composed by gold and sulfur in the ratio of 3 : 1, have been investigated using SQUID magnetometer. The size of the synthesized particles was distributed from 2.0 nm to 3.5 nm, with an average size of 2.8 nm. From the hysteresis curves at 1.8 K and 300 K the magnetic properties of the Au-SR NPs are characterized by a mixture of ferromagnetic, paramagnetic and diamagnetic components. Magnetization curves show the hysteresis behavior typical for a ferromagnet in the whole temperature range investigated. Even at 2 K the magnetization shows a gradual increase of M(H) up to H = 7 T, which implies the existence of a paramagnetic component. The negative slope of the hysteresis curve at 300 K demonstrates that the contribution of a diamagnetic component is also considerable. For the analysis, the model as a form of the linear combination of the different magnetic components was made, and it was supposed that the ferromagnetic component has no effect on the slopes of M(H) curves at high fields. The different magnetic components were separated by the slopes of M(H) curves at high fields, and effective values such as the effective paramagnetic moment, and the diamagnetic susceptibility were gained from the slope as a function of the temperature. The ferromagnetic component was calculated by the difference between the experimental M(T) data at 1 kOe and the theoretical M(T) data with the paramagnetic and diamagnetic components at the same field, and it was analyzed by the mean field model.
LaAgSb2 is known to be a material to show the charge density wave(CDW) phenomenon with two critical temperatures, 207 K and 187 K. Nuclear magnetic resonance(NMR) as a local probe is sensitive to the modification of the environment of the probing nuclei such as the change of the charge density due to the formation of CDW expected in the given material. 139La NMR spectra in a single crystal LaAgSb2 were measured as a function of temperature using a standard Fourier transform(FT) pulsed NMR spectroscopy. The central spectrum corresponding to the transition of +1/2 ↔ -1/2 is relatively less influenced on the CDW in terms of the changes of its position and width than the satellite spectra corresponding to the transition of +3/2 ↔ +1/2 and -1/2 ↔ -3/2. By fitting the satellite spectra using a model with a Gaussian distribution of the quardrupole frequency(νQ), we found that the width of the νQ distribution as a function of temperature shows a typical behavior for a phase transition, and the critical temperatures of the phase transition are observed to be similar to the known critical temperatures of the CDW.

국문 초록 (Abstract)

금(Gold)과 황(Sulfur)이 3 : 1의 비율로 섞인 티올(Thiol)이 흡착된 Au 나노 입자(Au-SR NPs)의 자기적 특성을 SQUID를 사용하여 측정하였다. 실험에 쓰인 시료는 평균 크기가 2.8 nm로 2.0 nm에서 3.5 nm까지의 크기 분포를 보인다. Au 나노 입자의 자기적 특성을 분석하기 위해 1.8 K와 300 K에서 자기이력곡선을 측정한 결과 서로 다른 자기적 특성들이 동시에 나타남을 알 수 있었다. 측정한 모든 온도들에서 자기 이력 현상이 나타남을 보고 강자성의 존재를 확인하였다. 그리고 낮은 온도에서 자화와 자기장의 관계를 측정한 결과 높은 자기장에서조차 포화되지 않고 점진적으로 증가하는 상자성의 존재를 확인할 수 있었다. 그리고 300 K에서 측정한 자기이력 곡선이 음의 기울기를 가지고 있는 결과로부터 반자성을 확인할 수 있었다. 이와 같이 세 가지 서로 다른 자기적 특성들을 분석하기 위해 각각의 자기적 특성들을 선형 결합시킨 모델을 만들고, 임의의 여러 온도에서 자기장에 대한 자화를 측정하였다. 그리고 자기장에 대한 자화의 관계에서 강자성은 높은 자기장에서 모두 포화되어 기울기에 기여도가 없다는 가정을 이용하여 여러 온도에서 측정한 자화에 대해 높은 자기장에서의 기울기를 구하여 반자성, 상자성의 요소들과 강자성의 요소를 구분하였다. 온도에 대한 자화의 기울기로부터 모델을 이용한 이론적인 계산을 하여 상자성의 유효 자기모멘트와 반자성의 자기 감수율 등의 유효값들을 얻을 수 있었다. 그리고 1 kOe에서 측정한 시료의 온도에 따른 자화의 결과와 앞에서 구한 상자성과 반자성의 특성을 나타내는 유효값들을 이용한 이론값과의 차이를 계산하여 온도에 따른 강자성의 특성의 결과를 얻었고, 평균장 모델을 이용하여 계산을 하였다.
그리고 전하밀도파(charge density wave) 현상이 나타나는 단축 대칭을 갖는 LaAgSb2를 핵자기 공명을 이용하여 연구하였다. 이와 같은 전하밀도파 형성은 곧 특정 원자핵 주변의 환경이 변화했음을 의미하므로 임의의 다른 온도에 대해 핵자기 공명 측정을 이용하여 전하밀도파의 변화를 연구하였다. 그 결과 +1/2 ↔ -1/2 전이로부터 나타나는 중앙 스펙트럼보다는 인접한 +3/2 ↔ +1/2 전이와 -1/2 ↔ -3/2 전이로부터 나타나는 위성 스펙트럼들에서 스펙트럼이 나타나는 위치와 스펙트럼의 폭의 변화가 뚜렷하였다. 그리고 핵 사중극자 주파수 성분을 가우스 분포 함수로 가정하고 이론적인 스펙트럼 모델을 만들어 위성 스펙트럼에 대해 계산하였다. 계산으로부터 온도에 따른 핵 사중극자 주파수 분포의 폭을 구할 수 있었고, 이로부터 상전이 현상이 뚜렷이 존재하며, 변화가 일어나는 지점이 알려진 두 임계 온도(207 K, 187 K)와 유사함을 알 수 있었다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ 초록(Abstract) 1
• Ⅱ. 서론 3
• Ⅲ. Gold nanoparticle의 자기적 성질 4
• 1 물질의 자기적 성질 4
• 1. 1 반자성 6
• 1. 2 상자성 9
• 1. 3 강자성 / 반강자성 13
• 2. 시료제작 및 TEM 분석 18
• 3. SQUID 구성 및 측정방법 21
• 4. 측정결과 24
• 5. 결과분석 및 토의 28
• Ⅳ. LaAgSb₂에서의 전하밀도파 연구 34
• 6. 전하밀도파 34
• 7. 핵자기공명 36
• 7. 1 장치 및 내부 측정방법 37
• 7. 2 측정원리 및 방법 40
• 7. 3 스펙트럼 분석방법 44
• 8. 시료의 구조 분석 48
• 9. 측정결과 50
• 10. 결과분석 및 토의 54
• Ⅴ. 결론 62
• Ⅵ 참고문헌 63
• Ⅶ 영문 논문 제출서 65
• Ⅷ 영문 인준서 66
• Ⅸ 영문 초록 67