Abstract BiFe1-xCoxO3 (x = 0.00, 0.01, 0.03, 0.05 and 0.07) nanoparticles (NPs), were prepared by ethylene-glycol-based sol-gel technique. Phase purity of the NPs was confirmed by x - ray diffraction (XRD) technique. The average size of pristine BiFeO3 (BFO) NPs was found to be 46 nm, which initially increased to 50 nm for 1% Co doping and then decreases to 48, 45 and 43 nm for 3%, 5% and 7% Co-doped BFO NPs, respectively. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Mossbauer spectroscopy confirmed that the oxidation state of Fe and Co is +3. In the low frequency region, the dielectric constant (e‘) shows a maximum decrease by 96% (137 → 5.1) on 5% Co-doping concomitant with 62% decrease in dielectric loss (0.32 → 0.12) which indicates substantial reduction in leakage current density. Further, the pristine BFO shows a well-defined dielectric loss peak at 40 Hz (tan δ = 0.4). In contrast, twin dielectric loss peaks are uniquely observed for all the Co doped BFO NPs. 1% doped NPs show first and second peaks at 7 Hz and 20,400 Hz, respectively, which shifts to higher frequencies of 245 Hz and 154,000 Hz, on 5% doping. The magnetic measurements (M − H) revealed the ferromagnetic behaviour of the NPs. On Co doping, saturation magnetization (Ms) increased with decrease in coercive field (Hc). A maximum enhancement of 226% (0.93 → 3.05 emu/g) in Ms values concomitant with decline of 61% in Hc values (80 → 15 Oe) was observed for 7% doping. The reduction in leakage current and enhancement of magnetic properties makes the NPs better-suited for device applications.

中文翻译：

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钴掺杂对溶胶-凝胶法合成的BiFeO3纳米晶介电、磁和光学性能的影响

摘要 BiFe1-xCoxO3 (x = 0.00, 0.01, 0.03, 0.05 and 0.07) 纳米颗粒 (NPs)，是通过基于乙二醇的溶胶-凝胶技术制备的。通过 X 射线衍射 (XRD) 技术确认了 NPs 的相纯度。发现原始 BiFeO3 (BFO) NP 的平均尺寸为 46 nm，最初在 1% Co 掺杂时增加到 50 nm，然后在 3%、5% 和 7% Co 掺杂时减小到 48、45 和 43 nm分别为 BFO NP。X 射线光电子能谱 (XPS) 和穆斯堡尔能谱证实 Fe 和 Co 的氧化态为 +3。在低频区域，介电常数 (e') 在 5% 共掺杂时最大降低 96% (137 → 5.1)，同时介电损耗降低 62% (0.32 → 0.12)，这表明泄漏显着减少当前密度。更多，原始 BFO 在 40 Hz (tan δ = 0.4) 处显示出明确定义的介电损耗峰值。相比之下，所有 Co 掺杂的 BFO NPs 都观察到了双介电损耗峰。1% 掺杂的 NP 分别在 7 Hz 和 20,400 Hz 处出现第一个和第二个峰值，在 5% 掺杂时，该峰值转移到 245 Hz 和 154,000 Hz 的更高频率。磁性测量（M - H）揭示了 NPs 的铁磁行为。在 Co 掺杂时，饱和磁化强度 (Ms) 随矫顽场 (Hc) 的降低而增加。对于 7% 的掺杂，观察到伴随着 Hc 值下降 61% (80 → 15 Oe) 的最大增强 226% (0.93 → 3.05 emu/g)。漏电流的降低和磁性能的增强使 NP 更适合于设备应用。所有 Co 掺杂的 BFO NPs 都观察到了双介电损耗峰。1% 掺杂的 NP 分别在 7 Hz 和 20,400 Hz 处出现第一个和第二个峰值，在 5% 掺杂时，该峰值转移到 245 Hz 和 154,000 Hz 的更高频率。磁性测量（M - H）揭示了 NPs 的铁磁行为。在 Co 掺杂时，饱和磁化强度 (Ms) 随矫顽场 (Hc) 的降低而增加。对于 7% 的掺杂，观察到伴随着 Hc 值下降 61% (80 → 15 Oe) 的最大增强 226% (0.93 → 3.05 emu/g)。漏电流的降低和磁性能的增强使 NP 更适合于设备应用。所有 Co 掺杂的 BFO NPs 都观察到了双介电损耗峰。1% 掺杂的 NPs 分别在 7 Hz 和 20,400 Hz 处出现第一个和第二个峰值，在 5% 掺杂时转移到更高的频率 245 Hz 和 154,000 Hz。磁性测量（M - H）揭示了 NPs 的铁磁行为。在 Co 掺杂时，饱和磁化强度 (Ms) 随矫顽场 (Hc) 的降低而增加。对于 7% 的掺杂，观察到伴随着 Hc 值下降 61% (80 → 15 Oe) 的最大增强 226% (0.93 → 3.05 emu/g)。漏电流的降低和磁性能的增强使 NP 更适合于设备应用。5% 的兴奋剂。磁性测量（M - H）揭示了 NPs 的铁磁行为。在 Co 掺杂时，饱和磁化强度 (Ms) 随矫顽场 (Hc) 的降低而增加。对于 7% 的掺杂，观察到伴随着 Hc 值 (80 → 15 Oe) 下降 61% 的 Ms 值的最大增强为 226% (0.93 → 3.05 emu/g)。漏电流的减少和磁性能的增强使 NP 更适合于设备应用。5% 的兴奋剂。磁性测量（M - H）揭示了 NPs 的铁磁行为。在 Co 掺杂时，饱和磁化强度 (Ms) 随矫顽场 (Hc) 的降低而增加。对于 7% 的掺杂，观察到伴随着 Hc 值下降 61% (80 → 15 Oe) 的最大增强 226% (0.93 → 3.05 emu/g)。漏电流的降低和磁性能的增强使 NP 更适合于设备应用。