Взаимосвязь магнитных, электрических и упругих свойств в манганитах и халькопиритах (1102498), страница 5
Текст из файла (страница 5)
На температурных зависимостяхнамагниченности с повышением температуры наблюдается падение, котороеописывается функцией Ланжевена с моментом суперпарамагнитных кластеров 20 –86 μВ. Магнитный момент на ф.е. при Т = 5-6 К в два и более раз меньше того,который был бы при полном ферромагнитном упорядочении ионов Mn, т.е.ферромагнитно упорядочено менее половины объема образца.По-видимому, в La1-xSrxMnO3-δ s-d обмен у электронов значительно слабее, чем удырок, и при низких температурах спины двух электронов в вакансии кислородаупорядочены антипараллельно, как в немагнитных полупроводниках (состояние (1S)2в гелиоподобной модели, а не (1S)(2S), в котором 2S-электрон образует феррон). Ролькак скомпенсированных, так и нескомпенсированных двухзарядных доноровзаключается в том, что они образуют разорванные связи Mn-O-Mn, приводящие кпонижению температуры Кюри с ростом δ и появлению выше неесуперпарамагнитных кластеров неферронного типа.Шестая глава посвящена результатам исследований магнитных имагнитотепловых свойств монокристаллов Sm0.55Sr0.45MnO3 (отожженных в кислородеи воздухе) и поликристалла такого же состава.
Температурная зависимость обратнойпарамагнитной восприимчивости 1/χ для всех трех образцов в изученной областитемператур от 280 К до 450 К подчиняется закону Кюри-Вейсса с парамагнитнымиточками Кюри (см. таблицу III), значение которые значительно выше температуры ТС,равной 130 К. Это согласуется с данными нейтронной и электронной дифракции [11,12]. Было показано, что в области температур ТС < T < θ присутствуют магнитные15кластеры3-хтипов:ферромагнитные,антферромагнитныеА-типаиантиферромагнитные СЕ-типа, размер которых, возможно, меняется с температурой.80H = 5.0 кЭH = 12.0H = 13.6H = 14.2H = 50.06040M, ед. СГСМ/гM, ед. СГСМ/г80a20T=125 K130135140150160170180190200604020б00100150200250300020406080100Н, кЭT, KРисунок 5. Температурная зависимость намагниченности в различных магнитныхполях (a) и изотермы намагниченности монокристалла Sm0.55Sr0.45MnO3 отожженногов кислороде (б).Из температурных зависимостей намагниченности М, измеренных в слабоммагнитном поле Н = 100 Э, определялись точки Кюри ферромагнитных кластеров.
Нарисунке 5a показана температурная зависимость намагниченности М, измеренная вразличных магнитных полях для монокристалла Sm0.55Sr0.45MnO3 отожженного вкислороде. При понижении температуры имеет место резкое возрастаниенамагниченности вблизи ТС в магнитных поля до 14.2 кЭ (рисунок 5a). В болеесильных полях этот переход размывается. Для двух других образцов кривые М(Т)имеют такой же вид.Для всех трех образцов в области температур ниже ТС кривые М(Н) не имеютособенностей и насыщение на них достигается при Н < 5 кЭ.
Существенноразличаются изотермы намагниченности при Т выше ТС. Для всех трех образцовнаблюдалось скачкообразное возрастание намагниченности в некотором интервалекритических полей НС1 < H < НС2 (рис. 5б). При этом у образца, отожженного вкислороде, этот интервал шире, чем у образца, отожженного на воздухе и уполикристаллического образца.Рисунок6.ТемпературнаязависимостьмагнетокалорическогоэффектамонокристалловотожженногонаSm0.55Sr0.45MnO3,воздухе (1) и отожженного в кислороде(2) в магнитом поле 14.2 кЭ.0,8кислородвоздух0,6ΔT, K10,420,2Нарисунке6показанатемпературнаязависимостьмагнитокалорического эффекта ΔТ(Т) вмагнитном поле 14.2 кЭ обоихмонокристаллическихобразцов,0,050100150200250300T, K16полученные прямым методом. Как видно из рисунка, кривая 1 монокристаллическогообразца отожженного на воздухе имеет максимум при Тmax = 133.3 K и минимум приТmin = 120 К с ΔТ = 0.8 К в максимуме и ΔТ = - 0.1 К в минимуме.
Максимум такженаблюдается на кривой 2 для монокристаллического образца, отожженного вкислороде и для поликристаллического образца. Отрицательные значения МКЭ накривых ΔТ(Т) для поликристаллического и монокристаллического образца,отожженного в кислороде, отсутствуют. На зависимости ΔТ(Н) при Т = 133 К длямонокристаллического образца Sm0.55Sr0.45MnO3 отожженного на воздухенаблюдается нелинейное возрастание ΔТ-эффекта от поля; подобная зависимостьΔТ(Н) наблюдалась и для двух других образцов.Таблица III. Величины магнитокалорического эффекта состава Sm0.55Sr0.45MnO3.ΔТэкс,Тmax , КΔSM,ΔТтеор.,Тmax , КК(экс.)Дж× кг-1×К-1К(теор.)2250.7513315.936.72137.91342700.4124312.625.31441422300.41428.983.81146Sm0.55Sr0.45MnO3ТС, Кθ, Квоздух130кислородполикристаллИз спонтанной намагниченности для всех образцов было рассчитано значениеМКЭ с помощью соотношения (4):ΔT (T , ΔH ) = −TΔS M (T , ΔH )C H (H , T )(4)Значение теплоемкости для данных соединения было взято из работы [13].Полученные значения представлены в таблице III.
Видно, что значения МКЭполученных прямым методом, в 9 раз меньше значений, рассчитанных изнамагниченности.Поведение изотерм намагниченности для всех трех исследованных образцовможно объяснить присутствием в них выше ТС зарядово-упорядоченных кластеровСЕ типа, термическое разрушение которых происходит при более высокихтемпературах, чем ФМ и АФМ А-типа кластеров. Как видно из рис. 5б, при Т ≥ ТСнаблюдается скачкообразное увеличение намагниченности, происходящее в областикритических полей НС1 < H < НС2. Если измерять температуру Кюри путемэкстраполяции наиболее крутой части кривой М(Т) до её пересечения с осьютемператур, то определенная таким способом величина T`C будет зависеть отвеличины поля, в котором измерена кривая М(Т).
Рост величины T`C с увеличениемполя не равномерный: в области небольших полей T`C растет медленнее, а присильных полях – значительно быстрее. Зависимость T`C(Н) можно объяснитьследующим образом. Слабые магнитные поля могут только восстановить термическиразрушенную ФМ фазу за счет АФМ-кластеров А-типа, поэтому происходит плавноеувеличение T`C. При достижения критического НС1 поля происходит скачкообразныйпереход зарядово-упорядоченной фазы в ФМ-состояние.
С помощью численного17моделирования в работе [9] было показано, что в манганитах при х = 0.5концентрационный переход от ферромагнитного к зарядово-упорядоченномусостоянию является фазовым переходом первого рода. А в соединениях близких к х =0.5 существуют магнитные кластеры нескольких типов: ферромагнитые,антиферромагитные А-типа и СЕ-типазарядово-упорядоченные. Этот выводсогласуется с нейтронографическими данными [11, 12].Соотношение (5) описывает МКЭ в районе парапроцесса:ΔT = −T ⎛ dM ⎞⎜⎟ ΔHC P , H ⎝ dT ⎠ H(5)МКЭ положителен при разрушении ферромагнитного упорядочения иотрицателен при разрушении антиферромагнитного упорядочения. Очевидно,максимум на кривой ΔТ(Т) связан с резким падением намагниченностиферромагнитных кластеров в районе их точки Кюри, тогда как разрушениеантиферромагнитного упорядочения в кластерах с антиферромагнитнымупорядочением А-типа вызывает начало маленького минимума.
Вполне возможно,что это разрушение антиферромагнитного порядка продолжается в районе максимумана кривой ΔТ(Т), понижая его и сдвигая в сторону более высоких температур, то естьвклад от разрушения АФМ порядка в кластерах с А-типом антиферромагнитногопорядка в суммарный МКЭ образца понижает его и сдвигает в сторону более высокихтемператур, вследствие чего он наблюдается не в самой температуре Кюри, а вышенее. Тот факт, что величина МКЭ и температура его максимума отличается для всехисследованных образцов, демонстрирует, что технология приготовления можетсильномодифицироватьсоотношениемеждуферромагнитнымииантиферромагнитными частями образца. Зависимость МКЭ от технологии полученияобразцов наблюдали и авторы работы [14].Из сказанного можно сделать вывод, что для получения достоверных данных оМКЭ в магнитно-неоднородных материалах, которыми являются манганиты,измерения нужно проводить только прямым методом.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ1. На основании проведенных экспериментальных исследований обнаруженыновые высокотемпературные материалы спинтроники ZnSiAs2:Mn (ТС = 337 К),ZnGeAs2:Mn (ТС = 367 К) и CdGeAs2:Mn (ТС = 500 К), температурнаязависимость намагниченности которых имеет сложный характер и данныематериалы являются неоднородными магнетикими.2.
В монокристаллах La1-xAxMnO3 (A = Ba, Ca) в районе температуры Кюриэкспериментальнообнаруженавзаимосвязьгигантскойобъемноймагнитострикции и колоссального магнитосопротивления. Поведение этихэффектов в зависимости от температуры и магнитного поля оказалосьподобным: оба отрицательны, их модуль проходит через максимум в районеточки Кюри, а изотермы не насыщаются вплоть до максимальных полейизмерения.
В составе La0.7Ва0.3MnO3 объемная магнитострикция достигает 4 ×10-4 и сопровождается колоссальным магнитосопротивлением, равным 22.7 % в18магнитном поле 8.2 кЭ при комнатной температуре, что важно дляпрактического применения.3. На основании экспериментальных исследований показано, что гигантскаяобъемная магнитострикция в системе La1-xBaxMnO3 и La1-xCaxMnO3 зависит отрадиуса RA катиона A = Ca, Ba, то есть чем больше разность степенькатионного беспорядка |RА – RLa3+| в подрешетке La1-xАx, тем больше величинаобъемной магнитострикции.4.
Экспериментально исследовано влияние дефицита кислорода на магнитные иэлектрические свойства составов La1-xSrxMnO3-δ с x = 0, 0.1, 0.2, 0.4 и δ = 0 –0.2. Обнаружено, что дефицит кислорода приводит к понижению температурыКюри, возрастанию удельного электросопротивления, а также исчезновениюколоссальногомагнитосопротивленияигигантскойобъемноймагнитострикции, присущие системе La1-хSrхMnO3.5. На основании проведенных исследований магнитокалорического эффекта имагнитных свойств неоднородных магнетиков Sm0.55Sr0.45MnO3 показано, чтостандартные термодинамические соотношения для магнитокалорическогоэффекта не учитывают магнитно-двухфазное ферро- антиферромагнитноесостояние в рассматриваемой системе и поэтому дают завышенные значенияэффекта.ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА1.
Э.Л. Нагаев. Физика магнитных полупроводников М.: Наука, 19792. P. Mahadevan, and A. Zunger. Room-Temperature Ferromagnetism in Mn-DopedSemiconducting CdGeP2. // Phys. Rev. Lett., 2002, V. 88, N 4, 0472053. H. Akai. Ferromagnetism and Its Stability in the Diluted Magnetic Semiconductor (In,Mn)As. // Phys. Rev. Lett., 1998, V. 81, N 14, p. 3002-30054. H. Akai, T.
Kamatani, S. Watanabe. // J. Phys. Soc. Jpn. Suppl. 2000. A 69. p. 112-116.5. P. Mahadevan, J.M. Osorio-Guillen, and A. Zunger. Origin of transition metal clusteringtendencies in GaAs based dilute magnetic semiconductors. // Appl. Phys. Lett., 2005, V. 86, N 17,1725046. E. Z. Meilikov and R. M. Farzetdinova. Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida interaction ofmagnetic moments in nanosized systems. // Phys.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
