Structural and Optical Properties of Cu₀.₆Ni₀.₂Co₀.₂FeAlO₄ Ferrite for Optoelectronic applications

Abstract

يتناول هذا البحث دراسة جسيمات النانو لمركب السبينل (CNCFAO) Cu₀.₆Ni₀.₂Co₀.₂FeAlO₄، مع التركيز على خصائصه التركيبية والمرنة والبصرية. تم إجراء تحليل تركيبي لتحديد عدد من المعلمات الفيزيائية، بما في ذلك ثابت الشبكة، وحجم البلورات، وأطوال الروابط الكيميائية، حيث تمت مقارنة النتائج المستخلصة بالقيم النظرية. تم استخدام ثوابت القوة للعينة لحساب ثوابت الصلابة (C₁₁، C₁₂، C₄₄)، والتي مكّنت من اشتقاق معاملات المرونة الأساسية مثل معامل الحجم (B)، والمعامل الطولي (L)، ومعامل القص (G). وقد أظهرت نسبة بوغ (B/G) المحسوبة أن العينة تتميز بطبيعة هشة من الناحية الميكانيكية، بينما تم تقدير نسبة بواسون (σ) لتكون σ=0.25، وهو ما يتماشى مع فرضية المرونة متساوية الخواص. تم تحليل الخصائص البصرية للعينة باستخدام طريقة تاوك، والتي كشفت عن وجود انتقال بصري مباشر، حيث بلغت طاقة فجوة الحزمة (E_g) حوالي 2.38 إلكترون فولت، في حين قُدرت طاقة أورباخ (E_u) بـ 0.59 إلكترون فولت. كما تم التحقق من عدد من الخصائص البصرية الإضافية مثل عمق النفاذ، ومعامل الانكسار، ومعامل الإخماد، وذلك بشكل مفصل. تسهم هذه النتائج في تقديم فهم أعمق لإمكانات العينة المُحضرة في التطبيقات المستقبلية ضمن مجال الإلكترونيات الضوئية.

This work investigates the Cu₀.₆Ni₀.₂Co₀.₂FeAlO₄ (CNCFAO) spinel nanoparticle, focusing on its structural, elastic, and optical properties. The structural analysis provided various parameters, such as lattice parameter, crystallite size, and bond lengths, which were compared to theoretical values. The force constants of the sample were used to calculate stiffness constants (C₁₁، C₁₂، C₄₄), which in turn were used to determine elastic moduli such as the bulk modulus (B), longitudinal modulus (L), and rigidity modulus (G). The calculated Pugh ratio (B/G) indicated the brittle mechanical nature of the sample, while the Poisson ratio (σ) was estimated as σ = 0.25, consistent with isotropic elasticity theory. Optical characteristics were evaluated using the Tauc method, revealing a direct optical transition with estimated band-gap (E_g) and Urbach (E_u) energies of 2.38eV and 0.59eV , respectively. Additional optical properties, including the penetration depth, refractive index, and extinction coefficient, were thoroughly examined. These results provide valuable insights into the potential optoelectronic applications of the synthesized sample.