V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

1. Введение

Резкое изменение сопротивления ρ(T), сопровождающееся переходом парамагнетик-ферромагнетик (ПМ-ФМ), явилось одной из главных причин возобновления интереса к перовскитным магнитам [1,2], в то время как ранние работы относятся к 1950-м годам [3,4]. После открытия эффекта колоссального магнетосопротивления (КМС), различные типы магнитного упорядочения [2,5-7], переход металл-диэлектрик [1-5], зарядовое упорядочение [8-10], фазовое расслоение [11] интенсивно исследуются в манганитах и родственных материалах. Центральную роль в свойствах перовскитных манганитов играют механизмы двойного объема в комплексе Mn³⁺-O-Mn⁴⁺ и эффект Яна-Теллера, связанный с присутствием ионов Mn³⁺ [3,4,12].

Частичное замещение La³⁺ на двухвалентные ионы (A=Ca, Sr, Ba, Pb) в легированных дырками манганитах La_1-xA_xMnO₃ вызывает отклонение от 180^о угла Mn-O-Mn и модификацию длин связи Mn-O в структуре перовскита и соотношение ионов Mn³⁺ / Mn⁴⁺, что влияет на ферромагнитное упорядочение, связанное с механизмом двойного обмена (ДО) [13]. Замещение ионов Mn³⁺ионами Fe³⁺ [14-16] с радиусом, близким к радиусу Mn³⁺, воздействует на зарядовое упорядочение и двойное обменное взаимодействие. Считается, что механизм двойного обмена связанный с переносом заряда между ионами в цепочке Mn³⁺ - О^2--Mn⁴⁺является основным механизмом ответственным за эффект КМС.

Целью настоящей работы было определение влияния 50% замещения ионов Mn нионми Fe на электропроводность и магнетосопротивление манганита перовскита La_0.7Ca_0.3MnO₃. Выбор объекта исследования обусловлен тем, что кальций замещённый перовскит состава La_0.7Ca_0.3MnO₃ демонстрирует эффект КМС близкий к максимальному [1,2].

2. Эксперимент

Образец La_0.7Ca_0.3Mn_0.5Fe_0.5O₃ был синтезирован с применением стандартной твердотельной керамической технологии [7]. Стехиометрические смеси La₂O₃, CaCO₃, MnO₂, и Fe₂O₃ отжигались в воздухе при температуре 1200^o С в чтение 3-4 часа (2 раза с промежуточным измельчением ) и затем при температуре 1320^оС в чтение 5-6 часов (2 раза с промежуточным измельчением). Полученные порошки были спрессованы в таблетки под давлением 2000 кг/см². Таблетка отжигалась при температуре 1375^оС в чтение 22 часов.

Был проведен рентгенофазовый анализ образца на диффрактометре Rigaku IV на порошке, съёмка θ -2θ, в диапазоне углов 10-100 град., шаг 0.04 град., скорость 2 град/мин., фильтр Ni (K_β), Cu K_α λ = 1,54056 Å, без монохроматора, в геометрии Брен-Брентано. Полученная порошковая диффрактограмма приведена на рисунке 1.

Определение индексов Миллера и уточнение параметров элементарной ячейки проведено на базе данных о кристаллической структуре La_0.69Ca_0.31Mn_0.96Fe_0.04O₃ (пр.гр. Pnma, a = 5.447(2), b = 7.709(3), c = 5.467(3)). [ICSD Database, Version 2009-1, Ref. code 157976]. Параметры элементарной ячейки уточнялись в комплексе программ PDP-11 [C. Segre, IIT Physics Dept.,3301 S. Dearborn St.,Chicago, IL 60161,USA]. Образец La_0.7Ca_0.3Mn_0.5Fe_0.5O₃ имел орторомбическую сингонию, пр.гр. Pnmaс параметрамиa = 5.482(30), b = 7.739(50), c = 5.446(70).

Исследования температурной зависимости удельного электросопротивления ρ(T) были сделаны традиционным четырехзондовым методом в диапазоне температур 10 < T < 320 K в режимах нагрева и охлаждения образца, в нулевом магнитном поле и в поле В = 1 Тл.. Температурный гестерезис и магнетосопротивление в исследованном интервале температур и магнитных полей обнаружены не были. Результаты исследования сопротивления образца при охлаждении в нулевом магнитном поле приведены на рисунке 2.

3. Обсуждение результатов

Методом традиционной твёрдофазной технологии нами был получен керамический образец перовскита La_0.7Ca_0.3Mn_0.5Fe_0.5O₃. Качество полученного материала контролировалось методом порошковой диффрактометрии. Было установлено, что полученный образец La_0.7Ca_0.3Mn_0.5Fe_0.5O₃ был однофазным, имел орторомбическую сингонию, пр.гр. Pnmaс параметрамиa = 5.482(30), b = 7.739(50), c = 5.446(70). Исследование температурной зависимости удельной электропроводности показали отсутствие отрицательного магнетосопротивления в диапазоне температур 10 < T < 320 K и магнитных полях до 1 Тл. В то время как в нелегированном железом La_0.7Ca_0.3MnO₃ [1,2] и в слабо легированных La_0.7Ca_0.3Mn_1-xFe_xO₃ твёрдых растворах [17,18] эффект колоссального магнетосопротивления выраженный в уменьшении удельного сопротивления с увеличением внешнего магнитного поля наблюдается. Уменьшение сопротивления связано с ростом ферромагнитного упорядочения и уменьшения рассеяния при прыжках носителей заряда задействованных в механизме двойного обмена. Можно предположить, что замена ионов Mn³⁺на ионы Fe³⁺ полностью нарушила перенос носителей заряда в цепочке Mn³⁺ - О^2--Mn⁴⁺, поскольку ионы Fe³⁺в механизме двойного обмена не учавствуют.

Литература

[1] P.Schiffer, A.P. Ramirez, W. Bao, S-W. Cheong. Phys. Rev. Lett. 75, 3336 (1995).

[2] K. Chahara, T.Ohno, M. Kasai, Y. Kozono. Appl. Phys. Lett.63,1990 (1993).

[3] C. Zener. Phys. Rev. 82,403 (1951).

[4] J.B. Goodenough. Phys. Rev. 100,564 (1955).

[5] A.P. Ramirez. J. Phys.: Condens. Matter 9, 8171 (1997).

[6] R. Laiho, E. Lahderanta, J. Saiminen, K.G. Lisunov, V.S. Zakhvalinskii. Phys. Rev. B 63, 094405 (2001).

[7] R. Laiho, K.G. Lisunov, E. L¨ahderanta, P. Petrenko, J. Salminen, V.N. Stamov, V.S. Zakhvalinskii. J. Phys.: Condens. Matter 12, 5751 (2000).

[8] C.H. Chen, S.-W. Cheong. Phys. Rev. Lett. 76, 4042 (1996).

[9] M. Roy, J.F. Mitchell, A.P. Ramirez, P. Schiffer. J. Phys.: Condens. Matter 11, 4843 (1999).

[10] Y. Moritomo. Phys. Rev. B 60, 10 374 (1999).

[11] M. Hennion, F. Moussa, G. Biotteau, J. Rodriguez-Carvajal, L. Pinsard, A. Revcollevschi. Phys. Rev. Lett. 81, 1957 (1998).

[12] A.J. Millis, P.B. Littlewood, B.I. Shraiman. Phys. Rev. Lett. 74, 5144 (1995).

[13] H.Y. Hwang, S.-W. Cheong, P.G. Radaelli, M. Marezio, B. Batlogg. Phys. Rev. Lett. 75, 914 (1995).

[14] L. Righi, P. Gorria, M. Insausti, J. Guti´errez, J.M. Barandiar´an. J. Appl. Phys. 81, 5767 (1997).

[15] K.H. Ahn, X.W. Wu, K. Liu, C.L. Chien. Phys. Rev. B 54, 15 299 (1996).

[16] X. Chen, Z. Wang, R. Li, B. Shen, W. Zhan, J. Sun, J. Chen, Ch. Yan. J. Appl. Phys. 87, 5594 (2000).

[17] R. Laiho, K.G. Lisunov, E. L¨ahderanta, J. Salminen, M.A. Shakhov, V.N. Stamov, P.A. Petrenko, V.S. Zakhvalinskii. J. Phys. Chem. Solids 64, 1573 (2003).

[18] R. Laiho, K.G. Lisunov, E. L¨ahderanta, P.A. Petrenko, J. Salminen, M.A. Shakhov, M.O. Safontchik, V.N. Stamov, M.L. Shubnikov, V.S. Zakhvalinskii. J. Phys.: Condens. Matter 14, 8043 (2002).

Код для цитирования: Скопировать