《Materials Science and Engineering: B》：Defect-engineered charge transport and dielectric relaxation in In/Se co-substituted CoNi spinel ferrite nanoparticles by sonochemical route
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共掺杂In/Se对CoNi尖晶石纳米ferrite的结构与电学性能调控研究，采用溶胶-凝胶自燃法合成材料，XRD证实单相立方结构，晶粒尺寸<10 nm。介电谱与阻抗谱显示电荷载体动力学显著变化，掺杂量0.06-0.08时激活能降至0.08 eV，电荷局域化减弱，介电性能优化，证实缺陷工程有效调控导电机制，为储能、高频器件及自旋电子应用提供新候选材料。
M.A. Almessiere|B. ünal|A. Baykal|E. Mojtahedi|A. Mihmanl?|S. Kahraman
生物物理学系，研究与医疗咨询研究所（IRMC），伊玛目阿卜杜勒拉赫曼·本·费萨尔大学，邮政信箱1982，31441，达曼，沙特阿拉伯
摘要
本研究全面探讨了铟和硒共掺杂对通过溶胶-凝胶自燃法合成的CoNi尖晶石铁氧体纳米颗粒（SFNPs）的结构、电学和介电性能的影响。通过X射线衍射（XRD）和电子显微镜研究了In/Se → CoNi（x ≤ 0.10）的成分系列。XRD分析证实形成了单相立方尖晶石结构，晶粒尺寸小于10纳米，与早期研究结果一致（参考文献11）。温度和频率依赖的介电和阻抗谱显示，随着In/Se含量的增加，载流子动力学发生了显著变化。交流和直流导电性分析表明，热激活的小极化子跳跃是主导机制，其激活能从0.33电子伏特降低到0.08电子伏特，表明电荷离域性增强，势垒降低。二维导电率（σ）、介电常数（ε'）和模量（M*）的变化表明，在中等掺杂水平（x ≈ 0.06–0.08）时，从界面极化主导的行为转变为缺陷辅助的跳跃导电。复阻抗和Cole-Cole分析证实了非德拜松弛行为，其贡献来自晶粒、晶界和界面，使用R(CR)(CR)(CR)等效电路成功进行了建模。最佳共掺杂可以改善导电性、降低阻抗并稳定介电常数，表明In/Se → CoNi尖晶石铁氧体是能量存储、高频和自旋电子学应用的有希望的候选材料。
引言
尖晶石铁氧体（SFs）（通用化学式AB?O?）是一类重要的磁性材料，因其独特的电学、光学和磁学特性而受到关注，如高饱和磁感应强度、高磁导率、低矫顽力、高居里温度、高电阻率和低各向异性[1,2]。它们应用于传感器、换能器、集成电路、执行器、生物处理设备、毫米波集成电路、存储芯片、天线杆、计算机组件、微波设备和能量存储单元等，保持稳定的功率以及可调节和可靠的电学行为非常重要[3]。它们的立方结构包括四面体（Td, A）和八面体（Oh, B）位点，允许金属阳离子在材料中移动和扩散。通过掺入In3?和Se??等离子，可以调整结构特性，并测量金属阳离子在这些位点上的分布。通过有意的修改和掺杂应用，可以实现电荷和介电功能的传递[2,4]。由于这些结构特性和实际应用，铁氧体可以用于电子设备中，提供可靠的电性能。
在尖晶石家族中，基于Ni/Co离子的铁氧体特别重要，因为它们具有磁阻特性，并且在尖晶石铁氧体中表现出最高的磁晶各向异性，这对决定其磁行为和稳定性起着关键作用[5]。据报道，基于Co/Ni的尖晶石铁氧体被广泛应用于许多领域（如高速数字磁带的读写头、变压器铁芯、高质量滤波器、杆状天线射频电路和操作设备），因为它们比其他类型的铁氧体具有更好的电磁响应[[6], [7], [8]]。
在这项工作中，我们研究了InSe掺杂对Co尖晶石铁氧体的电学和介电特性的影响。采用溶胶-凝胶自燃法[9,10]制备了In/Se → CoNi SFNPs，并研究了结构变化对电荷动力学和介电松弛行为的影响。此外，还分析了介电光谱、阻抗光谱以及交流/直流导电性。
本研究首次证明，在CoNi-SFNPs中引入In-Se共掺杂可以作为精确的缺陷工程工具，用于调节电荷传输路径、显著降低激活能并调节非德拜介电松弛，这一结论得到了二维光谱和先进阻抗建模的支持。
章节摘录
化学品、仪器与合成
高纯度前驱体Co(NO?)?·6H?O、In(NO?)?·xH?O、Fe(NO?)?·9H?O、SeO?、NiCl?·6H?O、NaOH和HCl从Merck公司购买，用于产品合成。
使用TEM和SEM显微镜（配备EDX）、Rigaku Benchtop Miniflex XRD（λCu）研究了In/Se → CoNi（x ≤ 0.1）SFNPs的形态、结构和电学/介电性能。产品在20–150°C范围内以10°C的步长进行了电导率测试。
结构与形貌
In/Se→CoNi（x ≤ 0.1）SFNPs的粉末XRD图谱显示，所有衍射峰都可以归因于标准的尖晶石铁氧体相，表明In/Se成功掺入了CoNi晶格中，未检测到杂质。我们之前的工作[11]中详细研究了晶体结构和晶粒尺寸，使用了Debye–Scherrer、Williamson–Hall（WH）和应变尺寸图（SSP）方法进行计算。
SEM分析用于进一步研究
结论
系统地共掺入In3?和Se??到CoNi尖晶石铁氧体纳米颗粒中，通过控制缺陷形成和阳离子重新分布显著改变了它们的电子和介电特性。结构分析证实了立方尖晶石框架的保持，而导电率和介电测量表明，中等程度的In/Se掺杂（x ≈ 0.06–0.08）实现了最佳的电传输和介电稳定性。
CRediT作者贡献声明
M.A. Almessiere：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、验证、方法学、研究、概念化。B. ünal：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、验证、形式分析、概念化。A. Baykal：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、验证、监督、项目管理、方法学、研究、形式分析、数据管理、概念化。E. Mojtahedi：
利益冲突声明
作者声明他们没有可能影响本文所述工作的利益冲突或个人关系。
