Введение к работе
Актуальность темы диссертации
Интерес к редкоземельным ортокобальтитам со структурой перовскита вызван недавним открытием гигантского магнитосопротивления (ГМС) в твердых растворах на основе оксидов со структурой перовскита. Поиск новых магниторезистивных материалов продиктован необходимостью получения соединений, проявляющих достаточно большой магниторезистивный эффект при комнатной температуре. Ожидается, что такие соединения найдут широкое использование в микроэлектронике. В этом плане замещенные ортокобальтиты обращают на себя внимание в силу значительного сходства их магнитных и транспортных свойств со свойствами манганитов, которые проявляют эффект колоссального магнитосопротивления (КМС). В этих классах оксидов при легировании двухвалентными щелочноземельными ионами реализуется одновременное присутствие разновалентных ионов З-d металлов в эквивалентных кристаллографических позициях и наблюдается переход в ферромагнитное металлическое состояние. Однако опыт показывает, что магниторезистивные свойства этих систем принципиально различаются. Чтобы понять причины этого различия, а также основные закономерности формирования магнитных и электрических свойств замещенных ортокобальтитов, были проведены систематические исследования их свойств в зависимости от радиуса редкоземельного иона, типа щелочноземельного иона и содержания кислорода.
Связь работы с крупными научными программами, темами.
Работа выполнена в рамках республиканской научно-исследовательской программы "Структура-15", а также проектов, финансируемых Фондом фундаментальных исследований Республики Беларусь (проекты Ф96 - 135 и Ф97 - 007).
Цель и задачи исследования.
Целью настоящей работы явилось установление закономерностей формирования магнитной структуры и электрического транспорта в стронций - и барий - замещенных ортокобальтитах.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
-Исследование магнитных и электрических свойств системы твердых растворов Ndi.xSrxCo03-s (0 < х< 0.5).
- Исследование магнитных свойств соединений RE0.5Sro.sCo03-s (RE = Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Y).
- Исследование кристаллоструктурных, магнитных и электрических
свойств твердых растворов Ndi.xBaxCo03-8 (0 < х < 0.5).
-Исследование магнитных и структурных фазовых переходов в аниондефицитных ортокобальтитах серии REBaCo206_Y (RE = Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Y).
-Исследование влияния катионного замещения на свойства аниондефицитных ортокобальтитов ЯЕВаСогОб-у.
Научная новизна полученных результатов.
-Впервые синтезирован новый класс аниондефицитных ортокобальтитов КЕВаСо2Об-у (RE = Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Y) с перовскитоподобной структурой 112 типа YBaCuFeOs и упорядоченными вакансиями кислорода.
-Впервые наблюдался фазовый переход первого рода антиферромагнетик - слабый ферромагнетик в соединениях REBaCo2C>5.s- Показано, что в антиферромагнигной фазе данные соединения являются метамагнетиками и могут быть переведены в состояние со спонтанной намагниченностью внешним магнитным полем.
- Впервые наблюдался эффект гигантского магнитосопротивления в
ортокобальтитах, обусловленный фазовым переходом
антиферромагнетик-слабый ферромагнетик в REBaCo2C>5.5-
-Впервые определена магнитная структура соединения ТЬВаСо205.5.
- Впервые наблюдался фазовый переход первого рода диэлектрик-
металл в REBaCo205.5. Установлено, что переход сопровождается
кристаллоструктурным превращением, а также аномалиями магнитных
и упругих свойств.
-Впервые исследованы структурные, магнитные и транспортные свойства системы Ndi_xBaxCo03-s (0 < х < 0.5). Показано, что замещение неодима барием ведет к переходу в неоднородное ферромагнитное состояние, при этом проводимость, в отличие от металлических образцов стронций - замещенных ортокобальтитов, сохраняет полупроводниковый характер.
Научная и практическая значимость полученных результатов Работа посвящена комплексному исследованию двойных оксидов на основе кобальта и редкоземельных металлов, с перовскитоподобной
структурой и установлению закономерностей в изменении их свойств в
зависимости от радиуса редкоземельного иона и изменения кислородной
стехиометрии. Полученные результаты имеют большую научную и
практическую значимость. В частности, синтезирован новый класс
аниондефицитных перовскитов REBaCo206.r (RE - редкоземельный ион),
проявляющих эффект гигантского магнитосопротивления при
температурах, близких к комнатной, что является важным достижением
в решении проблемы создания новых магниторезистивных материалов
для микроэлектроники. Впервые эффект гигантского
магнитосопротивления наблюдался при фазовом переходе антиферромагнетик-слабый ферромагнетик, что расширяет представления о магнитном состоянии материалов проявляющих этот эффект. Обнаружен фазовый переход первого рода диэлектрик-металл в REBaCc>205.5 сопровождаемый структурным превращением. Его изучение несет важную информацию о взаимосвязи кристаллической структуры с электрическими свойствами оксидных систем. Показана важная роль кислородных дефектов и их упорядочения в формировании свойств редкоземельных ортокобальтитов. Положения, выносимые на защиту
-
Аниондефицитные ортокобальтиты серии REBaCo206-i/n (п=1, 1/2) (RE = Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Y) характеризуются перовскитоподобной кристаллической структурой типа YBaFeCuOs с упорядоченными вакансиями кислорода.
-
Спонтанная намагниченность в REBaCo205.5 обусловлена переходом из антиферромагнитного в слабое ферромагнитное состояние.
-
Эффект гигантского магнитосопротивления в КЕВаСогС^ обусловлен индуцированием внешним магнитным полем фазового перехода аниферромагнетик - слабый ферромагнетик.
-
Фазовый переход металл-диэлектрик в REBaCo205.5 сопровождается кристаллоструктурным превращением, в результате которого происходит увеличение орторомбических искажений кристаллической решетки без изменения симметрии.
1. В системе №і_хВахСоОз-8 в концентрационном интервале (0.28 < х < 0.44) реализуется двухфазное состояние. Обе фазы являются перовскитными, одна из них характеризуется О-орторомбическими искажениями кристаллической решетки с
пространственной группой РЬшп, а другая тетрагональными искажениями с пространственной группой P4/mmm.
Личный вклад соискателя.
Соискателем были выполнены синтез и оптимизация условий получения всех исследуемых соединений. Исследования структурных, магнитных и электрических свойств большинства образцов также проведены лично соискателем. Обработка и интерпретация данных, а также выводы сделаны автором по итогам обсуждения результатов измерений с руководителем.
Апробация результатов диссертации.
Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на Международной конференции по магнитным материалам и их применению (Минск 1998 г.), 17-ой Международной конференции по физике конденсированного состояния (Гренобль, Франция 1998 г.), 1-ой Международной конференции по неорганическим материалам (Версаль, Франция 1998 г.), 19-ой Международной конференции по кристаллографии (Нанси, Франция 2000 г.), в Институте физики Польской Академии наук, на физических семинарах лаборатории неметаллических ферромагнетиков ИФТТП НАНБ.
Публикации.
Результаты, изложенные в диссертации, опубликованы в 8 работах, среди них 5 статей в международных научных журналах и 3 тезисов докладов международных конференций.
Структура и объем диссертации.