Cobalt environment and magnetic defects nature in hydrothermal synthesized anatase CoxTi1−xO2 nanopowders (0 ≤ x ≤ 0.1) are investigated by x-ray diffraction and a variety of spectroscopic techniques. One shows that cobalt is partially inserted in the anatase lattice, as Co2+ ions located on substitutional and interstitial sites. The fraction of the diluted Co is limited to 3 at. % for x ≥ 0.05, while the rest of the Co atoms gather into Co3O4 clusters. As found by electron paramagnetic resonance, the Co doping brings about hole- and electron-excess defects.
REFERENCES
1.
S. M.
Gupta
and M.
Tripathi
, Chin. Sci. Bull.
56
, 1639
(2011
).2.
A.
Fujishima
, X.
Zhang
, and D. A.
Tryk
, Surf. Sci. Rep.
63
, 515
(2008
).3.
Y.
Matsumoto
, M.
Murakami
, T.
Shono
, T.
Hasegawa
, T.
Fukumura
, M.
Kawasaki
, P.
Ahmet
, T.
Chikyow
, S.
Koshihara
, and H.
Koinuma
, Science
291
, 854
(2001
).4.
T.
Dietl
, H.
Ohno
, F.
Matsukura
, J.
Cibert
, and D.
Ferrand
, Science
287
, 1019
(2000
).5.
M.
Venkatesan
, C. B.
Fitzgerald
, and J. M. D.
Coey
, Nature
430
, 630
(2004
).6.
S. A.
Chambers
and R. F. C.
Farrow
, MRS Bull.
28
, 729
(2003
);S. A.
Chambers
, S. M.
Heald
, and T.
Droubay
, Phys. Rev. B
67
, 100401
–R
(2003
);S. M.
Heald
, S. A.
Chambers
, and T.
Droubay
, Phys. Scr.
T115
, 597
(2005
).7.
S. A.
Wolf
, D. D.
Awschalom
, R. A.
Buhrman
, J. M.
Daughton
, S.
von Molnar
, M. L.
Roukes
, A. Y.
Chtchelkanov
, and D. M.
Tregner
, Science
294
, 1488
(2001
).8.
J. D.
Bryan
and D. R.
Gamelin
, Progress in Inorganic Chemistry vol. 54
(John Wiley & Sons, Inc.
, 2005
), p. 47
–126
.9.
J.
Coey
, Curr. Opin. Solid State Mater. Sci.
10
, 83
(2006
);J. M. D.
Coey
, K.
Wongsaprom
, J.
Alaria
, and M.
Venkatesan
, J. Phys. D: Appl. Phys.
41
, 134012
(2008
), and references therein.10.
J. D.
Bryan
, S. M.
Heald
, S. A.
Chambers
, and D. R.
Gamelin
, J. Am. Chem. Soc.
126
, 11640
(2004
);
[PubMed]
J. D.
Bryan
, S. A.
Santangelo
, S. C.
Keveren
, and D. R.
Gamelin
, J. Am. Chem. Soc.
127
, 15568
(2005
).
[PubMed]
11.
N. H.
Hong
, N.
Poirot
, and J.
Sakai
, Appl. Phys. Lett.
89
, 042503
(2006
).12.
A. K.
Rumaiz
, B.
Ali
, A.
Ceylan
, M.
Boggs
, and S. I.
Shah
, Solid State Commun.
144
, 334
(2007
).13.
M. N.
Grecu
, S.
Constantinescu
, D.
Tarabasanu-Mihaila
, D.
Ghica
, and I.
Bibicu
, Phys. Status Solidi B
248
, 2927
(2011
).14.
M. J.
Calderón
and S.
das Sarma
, Ann. Phys.
322
, 2618
(2007
).15.
S. A.
Chambers
, T.
Drouby
, C. M.
Wang
, A. S.
Lea
, R. F. C.
Farrow
, L.
Folks
, V.
Deline
, and S.
Anders
, Appl. Phys. Lett.
82
, 1257
(2003
).16.
J. Y.
Kim
, J. H.
Park
, B. G.
Park
, H. J.
Noh
, S. J.
Oh
, J. S.
Yang
, D. H.
Kim
, S. D.
Bu
, T. W.
Noh
, H. J.
Lin
, H. H.
Hsieh
, and C. T.
Chen
, Phys. Rev. Lett.
90
, 017401
(2003
).17.
J.
Xu
, S.
Shi
, L.
Li
, X.
Zhang
, Y.
Wang
, X.
Chen
, J.
Wang
, L.
Lv
, F.
Zhang
, and W.
Zhong
, J. Appl. Phys.
107
, 053910
(2010
).18.
L. C.
Pereira
, M. R.
Nunes
, O. C.
Monteira
, and A. J.
Silvestre
, Appl. Phys. Lett.
93
, 222502
(2008
).19.
V. I.
Anisimov
, M. A.
Korotin
, I. A.
Nekrasov
, A. S.
Mylnikova
, A. V.
Lukoyanov
, J. L.
Wang
, and Z.
Zeng
, J. Phys. Condens. Matter
18
, 1695
(2006
);G.
Glaspell
, A. B.
Panda
, and M. S.
El-Shall
, J. Appl. Phys
100
, 124307
(2006
).20.
D.
Pan
, G.
Xu
, L.
Lv
, Y.
Yong
, X.
Wang
, J.
Wan
, G.
Wang
, and Y.
Sui
, Appl. Phys. Lett.
89
, 082510
(2006
).21.
X. W.
Wang
, X. P.
Gao
, G. R.
Li
, L.
Gao
, and T. Y.
Yan
, Appl. Phys. Lett.
91
, 143102
(2007
);B.
Santara
, B.
Pal
, and P. K.
Giri
, J. Appl. Phys.
110
, 114322
(2011
).22.
B. Z.
Rameev
, F.
Yildiz
, L. R.
Tagirov
, B.
Aktas
, W. K.
Park
, and J. S.
Moodera
, J. Magn. Magn. Mater.
258–259
, 361
(2003
).23.
Y.
Wu
, Y.
Shi
, X.
Xu
, and C.
Sun
, Thin Solid Films
520
, 5184
(2012
).24.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4802819 for TEM and SAED pattern of Co (5 at. %) in TiO2 nanocrystallites; anatase structure is confirmed.
25.
B. S.
Jeong
, Y. W.
Heo
, D. P.
Norton
, J. G.
Kelly
, R.
Rairigh
, A. F.
Hebard
, and J. D.
Budai
, Appl. Phys. Lett.
84
, 2608
(2004
).26.
S. C.
Petitto
, E. M.
Marsh
, G. A.
Carson
, and M. A.
Langell
, J. Mol. Catal. A: Chem.
281
, 49
(2008
).27.
M. C.
Biesinger
, B. P.
Payne
, A. P.
Grosvenor
, L. W. M.
Lau
, A. R.
Gerson
, and R. S. C.
Smart
, Appl. Surf. Sci.
257
, 2717
(2011
).28.
D.
Ghica
, S. V.
Nistor
, L. C.
Nistor
, M.
Stefan
, and C. D.
Mateescu
, J. Nanopart. Res.
13
, 4325
(2011
).29.
S.
Stoll
and A.
Schweiger
, J. Magn. Reson.
178
, 42
(2006
).30.
C.
di Valentin
, G.
Pacchioni
, and A.
Selloni
, J. Phys. Chem. C
113
, 20543
(2009
), and references therein.31.
S.
Livraghi
, M.
Chiesa
, M. C.
Paganini
, and E.
Giamello
, J. Phys. Chem. C
115
, 25413
(2011
), and references therein.32.
E.
Carter
, A. F.
Carley
, and D. M.
Murphy
, J. Phys. Chem. C
111
, 10630
(2007
).33.
Z.
Wang
, W.
Ma
, C.
Chen
, H.
Ji
, and J.
Zhao
, Chem. Eng. J.
170
, 353
(2011
).34.
S.
Yang
, L. E.
Halliburton
, A.
Manivannan
, P. H.
Bunton
, D. B.
Baker
, M.
Klemm
, S.
Horn
, and A.
Fujishima
, Appl. Phys. Lett.
94
, 162114
(2009
).35.
L. B.
Xiong
, J. L.
Li
, B.
Yang
, and Y.
Yu
, J. Nanomater.
2012
, 831524
(2012
).36.
P.
Lommens
, F.
Loncke
, P. F.
Smet
, F.
Callens
, D.
Poelman
, H.
Vrielinck
, and Z.
Hens
, Chem. Mater.
19
, 5576
(2007
).37.
J. R.
Pillbrow
, Transition Ion Electron Paramagnetic Resonance
(Clarendon Press
, Oxford
, 1990
), p. 144
.38.
S. K.
Misra
, S. I.
Andronenko
, K. M.
Reddy
, J.
Hays
, and A.
Punnoose
, J. Appl. Phys.
99
, 08M106
(2006
).39.
T.
Taguchi
, T.
Ozawa
, and H.
Yashiro
, Phys. Scr.
T115
, 205
(2005
).40.
W. T.
Geng
and K. S.
Kim
, Solid State Commun.
129
, 741
(2004
).41.
Y. L.
Soo
, G.
Kioseoglou
, S.
Kim
, Y. H.
Kao
, P. S.
Devi
, J.
Parise
, R. J.
Gambino
, and P. I.
Gouma
, Appl. Phys. Lett.
81
, 655
(2002
).42.
J. M.
Sullivan
and S. C.
Erwin
, Phys. Rev. B
67
, 144415
(2003
).© 2013 AIP Publishing LLC.
2013
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
