СИНТЕЗ, ИССЛЕДОВАНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СТРОНЦИЙ-ЗАМЕЩЕННЫХ ФЕРРИМАНГАНИТОВ ТЕРБИЯ Tbo,82Sro,i8FexMni-x03 (х = 0; 0.1; 0.15; 0.2) И ИТТЕРБИЯ Ybo,82Sro,18Feo,15Mno,8503
Введение 3
Глава 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 5
1.1 Кристаллическая структура оксидов ABO3 5
1.2 Магнитное упорядочение и гальваномагнитные свойства
диамагнитно-замещенных манганитов РЗЭ
Глава 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ 17 КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ И
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
2.1 Синтез образцов 17
2.2 Методика измерения параметров кристаллической структуры
2.3 Измерение электрических и гальваномагнитных свойств 23
Глава 3 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 28
3.1 Кристаллическая структура Tb0,82Sr018FexMn1-xO3 и
Ybo,82Sro,18Feo;15Mno;85O3
3.2 Электрические свойства Tb0 ,82Sr0,18FexMn1-x°3,
Yb0,82Sr0,18Fe0,15Mn0,85O3
Заключение 47
Библиографический список 48
Список публикаций
Изученные в данной работе материалы относятся к классу магнитных полупроводников. Магнитные полупроводники обладают необычными электрическими и магнитными свойствами, например, гигантским магнитосопротивлением, который может достигать больших величин (сотни процентов) [1]. Кроме этого, в подобных соединениях могут наблюдаться различные аномалии термомагнитных явлений. Эти эффекты играют огромную роль для электронных устройств, магнитных дисков и т. д. [2].
Среди представителей класса магнитных полупроводников интерес представляет группа оксидных материалов со структурой перовскита - манганиты типа R1-XDXMnO3 (D=Sr, Ca, Ba, Pb; R=La - Но) или ильменита (Ho- Lu). Манганиты РЗЭ подобного состава активно исследуются с 90-х годов прошлого столетия в разных исследовательских центрах, в том числе в Институте физики КФУ. Изначально исследовались соединения, в которых происходило замещение лантаноидов в РЗ - подрешетке, но в дальнейшем - соединения, в которых осуществлялась замена катионов марганца на другие магнитные и немагнитные катионы. Было обнаружено, что магнитные и электрические свойства манганитов зависят от катионов, замещающие ион марганца в 3d-подрешетке [3,4].
Ранее нами в Казанском Федеральном Университете были проведены исследования соединений «тяжелого» лантаноида: стронций-замещенных ферриманганитов иттербия Yb0)82Sr0)18Fe0)15Mn0)85O3 . Были сделаны выводы:
• стронций-замещенные ферриманганиты «тяжелого» лантаноида Yb, также, как и манганиты «легких» лантаноидов, являются полупроводниками.
• При тех же концентрациях диамагнитных ионов удельное сопротивление «ильменитов» на несколько порядков выше, чем «перовскитов» аналогичного состава.
• В магнитном поле в них может наблюдаться «биполярное» магнетосопротивление - отрицательное при низких температурах и положительное при более высоких, достигающее несколько десятков процентов при температурах, близких к комнатной.
Следующим объектом для дальнейших исследований стал стронций- замещенный ферриманганит тербия Tb082Sr018FexMn1-xO3, концентрация Fe менялась от x = 0 до x = 0.2. Данная работа посвящена изучению этого соединения.
Научная новизна работы заключается в синтезе, исследовании кристаллической структуры, электрических и гальваномагнитных свойств стронций-замещенных ферриманганитов тербия Tb082Sr018FexMn1-xO3 (x = 0; 0.1; 0.15; 0.2).
Необычные гальваномагнитные свойства манганитов подобного соединения, в частности ГМС, позволяет говорить об актуальности темы данной работы. Величины, которых достигает МС в таких магнитных полупроводниках на порядок превышает МС немагнитных полупроводников и сопоставима с МС тонкопленочных металлических структур, применяемых для устройств считывания информации [6]. Это может быть использовано в практических целях, в т.ч. для различных спинтронных приложений.
В ходе работы были выполнены исследования кристаллической структуры методом рентгеноструктурного анализа (РСА), зависимостей удельного сопротивления образцов от температуры и приложенного магнитного поля, подсчитано магнитосопротивление, рассчитаны некоторые электрические параметры, сделаны холловские измерения, по которым оценивалась концентрация и подвижность носителей заряда.
В результате исследований стронций-замещенных ферриманганитов тербия Tb0,82Sr018FexMn1-xO3 и иттербия Yb0j82Sr0j18Fe0j15Mno,85O3 было установлено, что:
1. Частичное замещение ионов марганца ионами железа в Tbo ,82Sro,i8FexMni- xO3 увеличивают межплоскостное расстояние d.
2. Tbo, 82Sroi8FexMn1-xO3 имеют перовскитоподобную структуру с орторомбической сингонией, когда Yb0j82Sr0j18Fe0j15Mno,85O3 имеют структуру ильменита с пространственной группой P63cm.
3. Стронций-замещенные ферриманганиты тербия, как и иттербия являются полупроводниками.
4. Удельное сопротивление «ильменитов» на несколько порядков выше, чем «перовскитов».
5. Для ильменитоподобных соединений в магнитном поле происходит сдвиг температуры перехода «металл - диэлектрик» в область высоких температур, вследствие чего наблюдается «биполярное» магнито сопротивление.
6. Максимальное значение 5 для Tb0j82Sr018Fe0j2Mnoj8O3 составляет ~ 60 % при Т = 250К, для Yb0j82Sr018Fe0j15Mno,85O3 - 30 % при Т = 309,2 К.
