Aluminium-gallium substitution in yttrium garnets investigated by NMR

Centre de recherches sur la physique des hautes températures, CNRS, 1D, av de la Recherche-scientifique, 45071 Orléans Cedex 2, France.

Abstract

The aluminium-gallium substitution has been studied in the garnet structure of composition Y₃Al_5-xGa_xO₁₂ (x = 0,1,2,3,5) by a local atom observation using both of ²⁷Al MAS and ⁷¹Ga static NMR techniques. Each site has been characterised by the isotropic chemical shift (δ_iso) and the quadrupolar interaction tensor (C_Q and η_Q). An important lineshape (quadrupolar parameter) evolution has been observed when the gallium substitution increases which translates as site defonnation, viewed on the whole by atoms with octahedral symmetry. Little electric field gradient variation has been observed for the tetrahedral site. For YGG (Y₃Ga₅O₁₂), Ga NMR distinguishes two types of octahedron. They are differently affected by substitution.

Résumé

L'observation de l'environnement local des atomes par RMN de Al²⁷ en MAS et du Ga⁷¹ en statique a permis d'étudier l'effet de la substitution aluminium-gallium sur la structure grenat de composition Y₃Al_5-xGa_xO₁₂ (x = 0,1,2,3,5). Chaque site a été caractérisé par son déplacement chimique isotrope (δ_iso) et son tenseur d'interaction quadripolaire (C_Q et η_Q). Une évolution importante de la forme des raies et des paramètres quadripolaires a été observée pour des taux de gallium croissants, ce qui indique une déformation des sites touchant principalement les octaèdres. En effet il y a peu de variation du gradient de champ électrique pour les sites tétraédriques. Pour la coordinence VI du Ga, la RMN distingue deux sortes d'octaèdre dans YGG (Y₃Ga₅O₁₂), qui ne sont pas affectés de la même manière par la substitution.