Низкотемпературные магнитно-неоднородные состояния в соединении Sr₂FeMoO₆₋δ
Показано, что неоднородность магнитной структуры металлооксидного соединения Sr₂FeMoO₆₋δ, существенно зависящая от условий синтеза, приводит к различной степени сверхструктурного упорядочения катионов Fe³⁺, Mo⁵⁺. Согласно данным температурных зависимостей намагниченности в условиях охлаждения образц...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физика низких температур |
|---|---|
| Datum: | 2011 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2011
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/118768 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Низкотемпературные магнитно-неоднородные состояния в соединении Sr₂FeMoO₆₋δ / Н.А. Каланда, С.Е. Демьянов, Л.В. Ковалев // Физика низких температур. — 2011. — Т. 37, № 9-10. — С. 1057–1061. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-118768 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Каланда, Н.А. Демьянов, С.Е. Ковалев, Л.В. 2017-05-31T07:24:52Z 2017-05-31T07:24:52Z 2011 Низкотемпературные магнитно-неоднородные состояния в соединении Sr₂FeMoO₆₋δ / Н.А. Каланда, С.Е. Демьянов, Л.В. Ковалев // Физика низких температур. — 2011. — Т. 37, № 9-10. — С. 1057–1061. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 75.10.–b, 76.60. Nr, 75.30. Cr https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/118768 Показано, что неоднородность магнитной структуры металлооксидного соединения Sr₂FeMoO₆₋δ, существенно зависящая от условий синтеза, приводит к различной степени сверхструктурного упорядочения катионов Fe³⁺, Mo⁵⁺. Согласно данным температурных зависимостей намагниченности в условиях охлаждения образцов без магнитного поля, резкий скачок намагниченности в области низких температур (2,3–23 К) свидетельствует о существовании магнитных областей с низкой коэрцитивной силой, в которых реализуется суперпарамагнитное состояние. Установлено, что магнитная неоднородность антиферромагнетик–ферримагнетик способствует фрустрации обменных связей и реализации состояния спинового стекла в материале. Уменьшение магнитной неоднородности и соответственно повышение степени сверхструктурного упорядочения катионов приводит к увеличению отрицательного магниторезистивного эффекта до 14%, не изменяющегося при температурах ниже 15 К. Показано, що неоднорідність магнітної структури металооксидного сполучення Sr₂FeMoO₆₋δ, яка істотно залежить від умов синтезу, призводить до різної міри надструктурного впорядкування катіонів Fe³⁺, Mo⁵⁺. Згідно з даними температурних залежностей намагніченості в умовах охолодження зразків без магнітного поля, різкий стрибок намагніченості в області низьких температур (2,3–23 К) свідчить про існування магнітних областей з низькою коерцитивною силою, у яких реалізується суперпарамагнітний стан. Встановлено, що магнітна неоднорідність антиферомагнетик–феримагнетик сприяє фрустрації обмінних зв'язків та реалізації стану спінового скла в матеріалі. Зменшення магнітної неоднорідності і відповідно підвищення міри надструктурного впорядкування катіонів призводить до збільшення негативного магніторезистивного ефекту до 14%, що не змінюється при температурах нижче 15 К. It is shown, that the degree of inhomogeneity of the Sr₂FeMoO₆₋δ metal oxide compound microstructure, that essentially depends on synthesis conditions, leads to different degrees of superstructural ordering of Fe³⁺ and Mo⁵⁺ cations. According to the temperature dependences of magnetization of the samples measured without any magnetic field, the sharp jump in the low temperature region (2.3–23 K) indicates that there are magnetic regions with low coercitive force, where the superparamagnetic state is realized. It is established that magnetic inhomogeneity of antiferromagnetic– ferrimagnetic states promotes a frustration of the exchange coupling and facilitates a realization of the spin glass state in the material. A decrease of magnetic inhomogeneity and corresponding increase of the degree of superstructural ordering of cations cause the negative magnetoresistance effect to increase up to 14%, and to be unchanged at temperature below 15 K. ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Электронные свойства многокомпонентных соединений Низкотемпературные магнитно-неоднородные состояния в соединении Sr₂FeMoO₆₋δ Low-temperature magnetically-inhomogeneous states in Sr₂FeMoO₆₋δ compounds Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Низкотемпературные магнитно-неоднородные состояния в соединении Sr₂FeMoO₆₋δ |
| spellingShingle |
Низкотемпературные магнитно-неоднородные состояния в соединении Sr₂FeMoO₆₋δ Каланда, Н.А. Демьянов, С.Е. Ковалев, Л.В. Электронные свойства многокомпонентных соединений |
| title_short |
Низкотемпературные магнитно-неоднородные состояния в соединении Sr₂FeMoO₆₋δ |
| title_full |
Низкотемпературные магнитно-неоднородные состояния в соединении Sr₂FeMoO₆₋δ |
| title_fullStr |
Низкотемпературные магнитно-неоднородные состояния в соединении Sr₂FeMoO₆₋δ |
| title_full_unstemmed |
Низкотемпературные магнитно-неоднородные состояния в соединении Sr₂FeMoO₆₋δ |
| title_sort |
низкотемпературные магнитно-неоднородные состояния в соединении sr₂femoo₆₋δ |
| author |
Каланда, Н.А. Демьянов, С.Е. Ковалев, Л.В. |
| author_facet |
Каланда, Н.А. Демьянов, С.Е. Ковалев, Л.В. |
| topic |
Электронные свойства многокомпонентных соединений |
| topic_facet |
Электронные свойства многокомпонентных соединений |
| publishDate |
2011 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физика низких температур |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Low-temperature magnetically-inhomogeneous states in Sr₂FeMoO₆₋δ compounds |
| description |
Показано, что неоднородность магнитной структуры металлооксидного соединения Sr₂FeMoO₆₋δ, существенно зависящая от условий синтеза, приводит к различной степени сверхструктурного упорядочения катионов Fe³⁺, Mo⁵⁺. Согласно данным температурных зависимостей намагниченности в условиях охлаждения образцов без магнитного поля, резкий скачок намагниченности в области низких температур (2,3–23 К) свидетельствует о существовании магнитных областей с низкой коэрцитивной силой, в которых реализуется суперпарамагнитное состояние. Установлено, что магнитная неоднородность антиферромагнетик–ферримагнетик способствует фрустрации обменных связей и реализации состояния спинового стекла в материале. Уменьшение магнитной неоднородности и соответственно повышение степени сверхструктурного упорядочения катионов приводит к увеличению отрицательного магниторезистивного эффекта до 14%, не изменяющегося при температурах ниже 15 К.
Показано, що неоднорідність магнітної структури металооксидного сполучення Sr₂FeMoO₆₋δ, яка істотно залежить від умов синтезу, призводить до різної міри надструктурного впорядкування катіонів Fe³⁺, Mo⁵⁺. Згідно з даними температурних залежностей намагніченості в умовах охолодження зразків без магнітного поля, різкий стрибок намагніченості в області низьких температур (2,3–23 К) свідчить про існування магнітних областей з низькою коерцитивною силою, у яких реалізується суперпарамагнітний стан. Встановлено, що магнітна неоднорідність антиферомагнетик–феримагнетик сприяє фрустрації обмінних зв'язків та реалізації стану спінового скла в матеріалі. Зменшення магнітної неоднорідності і відповідно підвищення міри надструктурного впорядкування катіонів призводить до збільшення негативного магніторезистивного ефекту до 14%, що не змінюється при температурах нижче 15 К.
It is shown, that the degree of inhomogeneity of the Sr₂FeMoO₆₋δ metal oxide compound microstructure, that essentially depends on synthesis conditions, leads to different degrees of superstructural ordering of Fe³⁺ and Mo⁵⁺ cations. According to the temperature dependences of magnetization of the samples measured without any magnetic field, the sharp jump in the low temperature region (2.3–23 K) indicates that there are magnetic regions with low coercitive force, where the superparamagnetic state is realized. It is established that magnetic inhomogeneity of antiferromagnetic– ferrimagnetic states promotes a frustration of the exchange coupling and facilitates a realization of the spin glass state in the material. A decrease of magnetic inhomogeneity and corresponding increase of the degree of superstructural ordering of cations cause the negative magnetoresistance effect to increase up to 14%, and to be unchanged at temperature below 15 K.
|
| issn |
0132-6414 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/118768 |
| citation_txt |
Низкотемпературные магнитно-неоднородные состояния в соединении Sr₂FeMoO₆₋δ / Н.А. Каланда, С.Е. Демьянов, Л.В. Ковалев // Физика низких температур. — 2011. — Т. 37, № 9-10. — С. 1057–1061. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT kalandana nizkotemperaturnyemagnitnoneodnorodnyesostoâniâvsoedineniisr2femoo6δ AT demʹânovse nizkotemperaturnyemagnitnoneodnorodnyesostoâniâvsoedineniisr2femoo6δ AT kovalevlv nizkotemperaturnyemagnitnoneodnorodnyesostoâniâvsoedineniisr2femoo6δ AT kalandana lowtemperaturemagneticallyinhomogeneousstatesinsr2femoo6δcompounds AT demʹânovse lowtemperaturemagneticallyinhomogeneousstatesinsr2femoo6δcompounds AT kovalevlv lowtemperaturemagneticallyinhomogeneousstatesinsr2femoo6δcompounds |
| first_indexed |
2025-11-26T19:05:39Z |
| last_indexed |
2025-11-26T19:05:39Z |
| _version_ |
1850769099326488576 |
| fulltext |
© Н.А. Каланда, С.Е. Демьянов, Л.В. Ковалев, 2011
Low Temperature Physics/Физика низких температур, т. 37, № 9/10, c. 1057–1061
Низкотемпературные магнитно-неоднородные
состояния в соединении Sr2FeMoO6–δ
Н.А. Каланда, С.Е. Демьянов, Л.В. Ковалев
Государственное научно-производственное объединение «Научно-практический центр Национальной
академии наук Беларуси по материаловедению», ул. П. Бровки, 19, г. Минск, 220072, Республика Беларусь
E-mail: kalanda@ifttp.bas-net.by
Статья поступила в редакцию 28 февраля 2011 г.
Показано, что неоднородность магнитной структуры металлооксидного соединения Sr2FeMoO6–δ, су-
щественно зависящая от условий синтеза, приводит к различной степени сверхструктурного упорядоче-
ния катионов Fe3+, Mo5+. Согласно данным температурных зависимостей намагниченности в условиях
охлаждения образцов без магнитного поля, резкий скачок намагниченности в области низких температур
(2,3–23 К) свидетельствует о существовании магнитных областей с низкой коэрцитивной силой, в кото-
рых реализуется суперпарамагнитное состояние. Установлено, что магнитная неоднородность антифер-
ромагнетик–ферримагнетик способствует фрустрации обменных связей и реализации состояния спино-
вого стекла в материале. Уменьшение магнитной неоднородности и соответственно повышение степени
сверхструктурного упорядочения катионов приводит к увеличению отрицательного магниторезистивно-
го эффекта до 14%, не изменяющегося при температурах ниже 15 К.
Показано, що неоднорідність магнітної структури металооксидного сполучення Sr2FeMoO6–δ, яка іс-
тотно залежить від умов синтезу, призводить до різної міри надструктурного впорядкування катіонів
Fe3+, Mo5+. Згідно з даними температурних залежностей намагніченості в умовах охолодження зразків
без магнітного поля, різкий стрибок намагніченості в області низьких температур (2,3–23 К) свідчить про
існування магнітних областей з низькою коерцитивною силою, у яких реалізується суперпарамагнітний
стан. Встановлено, що магнітна неоднорідність антиферомагнетик–феримагнетик сприяє фрустрації об-
мінних зв'язків та реалізації стану спінового скла в матеріалі. Зменшення магнітної неоднорідності і від-
повідно підвищення міри надструктурного впорядкування катіонів призводить до збільшення негативно-
го магніторезистивного ефекту до 14%, що не змінюється при температурах нижче 15 К.
PACS: 75.10.–b Общая теория и модели магнитного упорядочения;
76.60. Nr Модель спинового стекла и другие неупорядоченные модели;
75.30. Cr Моменты насыщения и магнитные восприимчивости.
Ключевые слова: двойной перовскит, магнитосопротивление, намагниченность.
Введение
Недавно было открыто семейство ферромагнитных
оксидов переходных металлов на основе металлоок-
сидной системы Sr–Fe–Mo–O со структурой двойного
перовскита, обладающей высокой чувствительностью
электрических и магнитных свойств к магнитному по-
лю c температурой Кюри ТС ~ 400–500 К [1,2]. Наибо-
лее интересно и малоизучено соединение Sr2FeMoO6–δ,
которое выше ТС находится в парамагнитном состоя-
нии с кубической структурой ( 3Fm m , 2Z = ) и удво-
енной элементарной ячейкой 02c a≈ , где 0 3,9 Åа ≈
— параметр элементарной ячейки [3]. При CТ Т<
возникает магнитное упорядочение с формированием
тетрагональной структуры (I4/m, Z = 2), в которой ок-
таэдры [FeO6] и [MoO6] вращаются вокруг кристалло-
графической оси с. При этом в результате упорядоче-
ния спинов электронов Fe и Mo в плоскостях Fe–Mo,
пересекающихся под углом 120°, образуется ферримаг-
нитная структура, а длинные цепочки Fe3+–О2––Mo5+
способствуют сверхструктурному упорядочению ка-
тионов. Повышение степени упорядочения увеличива-
ет плотность электронных состояний на уровне Ферми,
усиливая выраженность ферримагнитных и металличе-
ских свойств Sr2FeMoO6–δ [4,5].
Н.А. Каланда, С.Е. Демьянов, Л.В. Ковалев
1058 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2011, т. 37, № 9/10
При введении точечных (антиструктурных) дефек-
тов в соединение катионы железа могут находиться
в различных спиновых состояниях: низкоспиновом
6 0
2 ,g gt e промежуточном 4 2
2g gt e и высокоспиновом 3 2
2 ,g gt e
что и определяет магнитную структуру ферромо-
либдата стронция [6]. В зависимости от концентрации
точечных дефектов могут быть реализованы ферримаг-
нитное (ФРМ), антиферромагнитное (АФМ) или сме-
шанное магнитное (ФРМ–АФМ) состояния [7–9], что
дает возможность контролируемо управлять спиновым
состоянием катионов.
Методические особенности эксперимента
С целью изучения влияния условий получения со-
единения Sr2FeMoO6–δ на нульмерную дефектность
его структуры и в конечном счете на магнитные и
электрические характеристики применялись два мето-
да синтеза: в качестве исходных реагентов использова-
лись исходные оксидные компоненты SrCO3, Fe2O3,
MoO3 (образцы серии №1) и частично восстановлен-
ные прекурсоры SrFeO3–х, SrMoO4–у (образцы серии
№2). Для получения прекурсоров из соответствующих
оксидов их синтез проводился при 1270 К в течение
20 ч в аргоне с последующим охлаждением в режиме
выключенной термоустановки. При этом после вибро-
помола зерна прекурсоров имели субмикронный раз-
мер ~0,2 мкм.
Синтез соединения осуществлялся в политермиче-
ском режиме при температурах до 1420 К и скорости
нагрева 120 К/ч в вакуумированных кварцевых ампу-
лах в присутствии гетера (Fe), с последующей закалкой
при комнатной температуре. Содержание кислорода
определялось путем разложения образца в токе аргона
в графитовом контейнере. После разложения на рент-
генограммах наблюдались рефлексы оксида стронция,
металлического железа и молибдена. Рефлексы, харак-
терные для двойного перовскита, не обнаружены.
Электрические и магнитные свойства образцов изу-
чались на универсальной установке фирмы «Cryogenic
Limited» в интервале температур 2,3–700 К в постоян-
ном магнитном поле до 8 Тл. Температурные зависи-
мости удельной намагниченности Sr2FeMoO6–δ изме-
рялись в режимах предварительного охлаждения до
2,3 К в магнитном поле (FC-field cooling) или без него
(ZFC-zerofield cooling) с последующим нагревом в маг-
нитном поле.
Результаты и их анализ
Согласно данным рентгеноструктурного анализа
установлено, что образцы Sr2FeMoO6–δ серий №1 и №2
являются однофазными и выше ТС находятся в пара-
магнитном состоянии с кубической структурой
( 3 ,Fm m 2Z = ) [4]. При ~ CТ Т формируется магнит-
ное упорядочение и наблюдается структурный переход
типа 3 4/Fm m I m→ . В этом случае ферримагнитная
структура реализуется по механизму двойного обмена
t2g-электронами, находящимися на гибритизированных
орбиталях Fe(t2g↓) и Mo(t2g↑) цепочечной группы
Fe3+(3d5; 3 2
2g gt e )–O2–(2p6)–Mo5+(4d1; 1 0
2g gt e ). Исполь-
зование частично восстановленных прекурсоров при
синтезе образцов серии №2 позволило реализовать
сверхструктурное упорядочение катионов Fe3+ и Mo5+,
что следует из появления рефлексов (011) и (013) на
рентгенограммах. Упорядоченные состояния катионов
Fe3+ и Mo5+ приводят к уменьшению объема элемен-
тарной ячейки на 0,22% по сравнению с соединением,
полученным прямым синтезом из оксидов, при этом
степень сверхструктурного упорядочения Р достигает
64% (см. табл. 1).
Таблица 1. Параметры кристаллической решетки и струк-
турного упорядочения для образцов Sr2FeMoO6-δ №1 и №2
Образцы a, Å b, Å с, Å V, Å3 P, %
№1 5,5717(5) 5,5717(5) 7,9031(2) 245,2867(3) 0
№2 5,56404(3) 5,56404(3) 7,90539(2) 244,7393(5) 64
Интерпретация полученных данных представляется
следующим образом. В кристаллической решетке со-
единения Sr2FeMoO6–δ образуются анионные вакансии
0V •• , способствующие перераспределению электрон-
ной плотности между катионами Fe3+ и Mo5+, и реак-
ция дефектообразования для идеально упорядоченного
соединения с учетом соблюдения электронейтрально-
сти выглядит следующим образом:
2 3 5 2
2 6Sr Fe Mo O+ + + − ↔
2 2 3 5 2 2
2 2 1 2 6 0 1 2Sr Fe Fe Mo O ( ) O O .2V+ + + + − •• −
δ − δ δ −δ
δ↔ + ↑ (1)
Из выражения (1) следует, что с увеличением δ, со-
гласно определению 2[Fe ] 2+ = δ , концентрация двух-
валентных катионов железа растет, а 3[Fe ] 1– 2+ = δ
концентрация трехвалентных катионов железа умень-
шается, что способствует перераспределению элек-
тронной плотности и образованию катиона Mo6+. В
связи с этим реакция дефектообразования для неупо-
рядоченного состояния Fe/Mo имеет вид:
2 3 5 2
2 6Sr Fe Mo O+ + + − ↔
2 2 3 5 6 2 2
2 2 1 2 1 5 0 1 2Sr Fe Fe Mo Mo O ( ) O O ,2x x x x V+ + + + + − •• −
δ+ − δ− − δ −δ
δ↔ + ↑
(2)
где величина х = [FeMo]+[MoFe] определяет концентра-
цию антиструктурных дефектов.
При измерении температурных зависимостей намаг-
ниченности М (рис. 1) установлено, что образцы серий
№1 и №2 с различным сверхструктурным упорядоче-
нием катионов Fe/Mo являются ферримагнетиками с
одинаковой температурой фазового перехода ~ 418 КCТ .
Приведенные зависимости ( )M T в первую очередь
Низкотемпературные магнитно-неоднородные состояния в соединении Sr2FeMoO6–δ
Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2011, т. 37, № 9/10 1059
свидетельствуют о том, что намагниченность образцов
серии №2 выше значений M образцов серии №1 во
всем интервале температур для ZFC и FC режимов.
Это обусловлено переходом в образцах №1 части ка-
тионов Fe, находящихся в высокоспиновом состоянии
3 3 2
2Fe ( )g gt e+ , в промежуточное 2 4 2
2Fe ( )g gt e+ или низко-
спиновое 2 6 0
2Fe ( )g gt e+ состояние. Такой переход умень-
шает степень заселенности eg-орбиталей и повышает ве-
роятность формирования кластеров типа Fe3+–О2–Fe3+
и Mo5+–О2––Mo5+. Образование таких антиструктур-
ных дефектов стимулирует перераспределение элек-
тронной плотности с изменением электронной конфи-
гурации части ионов железа и молибдена по схеме
Fe3+(3d5)+Mo5+(4d1) → Mo6+(4d0) + e – + Fe3+(3d5) →
→ Fe2+(3d6) + Mo6+(40). Исходя из того, что в обмен-
ных взаимодействиях диамагнитный катион Mo6+(4d0)
не участвует и между ионами Fe2+(3d6), имеющими
меньший магнитный момент, чем ионы Fe3+(3d5), воз-
можны только отрицательные обменные взаимодейст-
вия, очевидно, что антиферромагнитное упорядочение
магнитных моментов формируется между ионами
Fe2+(3d6).
При этом становится очевидным, что микрострук-
тура образцов, т.е. форма и размер зерен, оказывает
существенное влияние на их магнитное состояние.
Можно утверждать о большей магнитной неоднород-
ности образца серии №1 (средний размер зерен равен
1 мкм), чем образцов серии №2 (средний размер зерен
равен 0,03 мкм), обладающих упорядоченной по ка-
тионам Fe/Mo кристаллической структурой. Так, в об-
разцах серии №1 зависимости МZFC(T) и МFC(T) рас-
ходятся при более низкой температуре BТ = 241 К, чем
у образцов серии №2 ( BТ = 305 К), где ТB можно счи-
тать температурой, при которой замораживаются маг-
нитные моменты частиц максимального размера. Мак-
симумы на зависимостях МZFC(T) наблюдаются при
температуре, когда замораживаются магнитные мо-
менты у частиц минимального размера ( mТ = 180 К и
265 К соответственно). Поэтому из-за большей маг-
нитной неоднородности образцов серии №1 по сравне-
нию с серией №2 величина разности B mT T ТΔ = −
различна TΔ = 61 К (№1) и TΔ = 39 К (№2).
На магнитно-неоднородное состояние соединения
Sr2FeMoO6–δ при низких температурах указывают и
его магниторезистивные характеристики. Так, для об-
разцов серии №1 с большей магнитной неоднородно-
стью максимальное значение магнитосопротивления
MR, определяемое как [ ( ) (0)] / (0)MR H= ρ −ρ ρ , где
( )Нρ и (0)ρ — соответственно удельное сопротивле-
ние в поле и без, в магнитных полях до 8 Тл достигает
4% при Т = 15 К и практически не изменяется до тем-
ператур порядка 3 К (рис. 2,а). В соединении серии
№2, обладающем упорядоченной по катионам Fe/Mo
кристаллической структурой, величина MR при низких
температурах возрастает до 14%, что подтверждается
высоким значением степени сверхструктурного упоря-
дочения Р по данным рентгеноструктурного анализа
(рис. 2,б).
Такое увеличение MR объясняется с точки зрения
низкотемпературной проводимости в системе зер-
но (Sr2FeMoO6–δ)–наноконтакт–зерно (Sr2FeMoO6–δ),
где поперечные сечения межзеренного контакта по-
рядка фермиевской длины волны электрона. При при-
ложении внешнего магнитного поля вырождение по
спину в области наноконтакта снимается, в результате
чего вероятность туннелирования электронов с различ-
ной степенью спиновой поляризации не одинакова и
доминирующими становятся однонаправленные спин-
поляризованные токи.
Анализ поведения температурных зависимостей
ZFC намагниченностей образцов №1 и №2 показывает,
что в магнитном поле В = 0,01 Тл при нагревании от
2,3 до 23 К происходит резкое увеличение M. Это ука-
зывает на наличие в материале Sr2FeMoO6–δ магнит-
ных областей с низкой коэрцитивной силой сН , в ка-
честве которых могут выступать зерна сферической
формы размером ∼0,03–0,04 мкм, у которых обменные
Рис. 1. Температурные зависимости намагниченностей об-
разцов Sr2FeMoO6–δ, измеренных при B = 0,01 Тл и синтези-
рованных: из оксидов MoO3, Fe2O3, SrCO3 (образец №1) (а)
и из прекурсоров SrFeO3–х, SrMoO4–y (образец №2) (б).
0 100 200 300 400 500 600 700
0
0,3
0,6
0,9
1,2
1,5
0 15 30
1,02
1,08
1,14 180 210 240
1,20
1,24
1,28
T, К
T, К
T, К
T, К
ZFC
FC
T, К
T, К
16 8, К
T
m
= 180 К
T
B
= 241К
0 100 200 300 400 500 600 700
0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
0 15 30
1,40
1,54
1,68
260 280 300
1,92
2,04
2,16
ZFC
FC
22,5 К
T
m
= 265 К
T
B
= 305 К
а
б
M
,
/
μ B
ф
о
р
м
.
ед
.
M
,
/
μ B
ф
о
р
м
.
ед
.
M
,
/
μ B
ф
о
р
м
.
ед
.
M
,
/
μ B
ф
о
р
м
.
ед
.
M
,
/
μ B
ф
о
р
м
.
ед
.
M
,
/
μ B
ф
о
р
м
.
ед
.
Н.А. Каланда, С.Е. Демьянов, Л.В. Ковалев
1060 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2011, т. 37, № 9/10
силы обеспечивают однородную намагниченность и
способствуют реализации в них суперпарамагнитного
состояния. Такое предположение может быть объясне-
но при учете влияния магнитного поля на величину
потенциального барьера для изменения ориентации М.
Так, в процессе охлаждения Sr2FeMoO6–δ ниже CT при
В = 0 Тл магнитные моменты частиц ориентируются
вдоль их осей легкого намагничивания случайным об-
разом, при этом
1
μ 0
n
i
i=
= =∑M . При помещении во
внешнее магнитное поле энергия однодоменной одно-
осной частицы Sr2FeMoO6–δ малого объема V опреде-
ляется выражением
2sin θ cos θE VK VMH= + , (3)
где K — константа одноосной кристаллографической анизо-
тропии, θ — угол между вектором M частицы и осью
легкого намагничивания [8]. В этом случае для пере-
магничивания частицы преодолевается энергетический
барьер, равный
1 0
c
HΔE KV
H
⎛ ⎞
= −⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠
, (4)
где 0 2 /cH К M= — коэрцитивная сила. Из выражения
(4) следует, что внешнее магнитное поле понижает
энергетический барьер и при 0
cH H= на перемагничи-
вание суперпарамагнитных частиц могут оказывать
влияние тепловые флуктуации. Поэтому в магнитном
поле 0
00,01Тл cВ H= < μ , где 0μ — магнитная посто-
янная, процесс перемагничивания суперпарамагнит-
ных зерен происходит когерентно: их спины остаются
ориентированными параллельно друг другу, а величи-
ны поля недостаточно для перемагничивания зерен,
находящихся в несуперпарамагнитном состоянии.
При дальнейшем увеличении температуры наблю-
дается плавный рост M, что, скорее всего, обусловлено
вкладом в намагниченность «размороженных» спинов
электронов несуперпарамагнитных зерен. Ферримаг-
нитное упорядочение спинов катионов железа и мо-
либдена ближнего порядка способствует фрустрации
обменных связей и реализации состояния спинового
стекла в Sr2FeMoO6–δ, при котором инверсия спинов
не изменяет энергию системы в достаточно широком
интервале температур. На возможность существования
спинового стекла в образцах №1 и №2 указывают тем-
пературные зависимости намагниченностей ZFC образ-
цов с последующим их нагревом при различных вели-
чинах магнитных полей B = (0,01–0,2) Тл (см. рис. 3).
Рис. 2. Полевые зависимости магниторезистивного эффекта в
образцах Sr2FeMoO6–δ, №1 (а) и №2 (б) при различных тем-
пературах.
–10
–10
–8
–8
–6
–6
–4
–4
–2
–2
0
0
2
2
4
4
6
6
8
8
10
10
–0,04
–0,03
–0,02
–0,01
0
15 К
75 К
150 К
200 К
300 К
–0,15
–0,12
–0,09
–0,06
–0,03
0
а
75 К
15 К
150 К
200 К
300 К
б
M
R
M
R
B, Тл
B, Тл
0
0
50
50
100
100
150
150
200
200
250
250
300
300
1,05
1,20
1,35
1,50
1,65
,T К
,T К
а
1
2
3
4
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5 б
4
3
2
1
M
,
/
�
B
ф
о
р
м
.
ед
.
M
,
/
�
B
ф
о
р
м
.
ед
.
Рис. 3. Температурные зависимости ZFC намагниченностей
образцов Sr2FeMoO6–δ №1 (а) и №2 (б) при различных зна-
чениях магнитного поля B, Тл: 0,01 (1), 0,06 (2), 0,12 (3) и
0,2 (4).
Низкотемпературные магнитно-неоднородные состояния в соединении Sr2FeMoO6–δ
Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2011, т. 37, № 9/10 1061
Анализ данных свидетельствует, что для образцов
обеих серий значения Тmax при увеличении магнитного
поля сдвигаются в сторону более низких температур,
что обусловлено уменьшением величины энергетиче-
ского барьера при увеличении магнитного поля. При
некотором критическом поле 0
0 0,07 ТлcHμ ≈ (№1) и
0
0 0,09 ТлcHμ ≈ (№2) величина МZFC в интервале Т =
= 2,3–160 К для серии №1 и Т = 2,3–250 К для серии
№2 не изменяется, что указывает на отсутствие влияния
температуры на процессы перемагничивания образцов.
При выделении из выражения (3) составляющей энер-
гии магнитного поля cos θME VMH= плавный рост
МZFC(T,Н) при 0
0 cВ H< μ определяется условием
E kТΔ > . В этом случае из-за величины cos θ пере-
магничивается только часть магнитных моментов зе-
рен определенной ориентации. Так, для зерен с M,
удовлетворяющим условию cos 0,5,θ < энергетиче-
ский барьер ΔE→0, и они намагничиваются вдоль по-
ля, а для зерен с M при cos 0,5θ > реализуется усло-
вие max,EΔ → при котором уменьшается общая
намагниченность образца.
Выводы
Изучение металлооксидного соединения Sr2FeMoO6–δ
со структурой двойного перовскита показало, что его
микроструктура, существенно зависящая от условий
синтеза, определяет степень сверхструктурного упоря-
дочения катионов Fe3+, Mo5+ в кристаллической решет-
ке. Это способствует появлению магнитных областей
с низкой коэрцитивной силой и реализации суперпа-
рамагнитного состояния в них. По данным магнитных
и магниторезистивных исследований установлено, что
при низких температурах в соединении формируются
магнитно-неоднородные АФМ–ФРМ области, способ-
ствующие фрустрации обменных связей и реализации
состояния спинового стекла. Уменьшение магнитной
неоднородности и, соответственно, повышение степени
сверхструктурного упорядочения катионов приводит к
увеличению отрицательного магниторезистивного эф-
фекта до 14%, не изменяющегося при температурах
ниже 15 К.
1. Y.C. Hu, Q. Ji, J.J. Ge, R.B. Xie, Z.S. Jiang, X.S. Wu, G.F.
Cheng, H. Liu, and Q. Lu, J. Alloys Compounds 492, 496
(2010).
2. D.D. Sarma, Current Opinion in Solid State and Materials
Science 5, 261 (2001).
3. M. Retuerto, M.J. Martinez-Lope, M. Garcia-Hernandez, and
J.A. Alonso, J. Phys.: Condens. Matter 21, 186003 (2009).
4. T. Suominen, J. Raittila, T. Salminen, K. Schlesier, J. Lin-
dén, and P. Paturi, J. Magn. Magn. Mater. 309, 278 (2007).
5. A. Deb, N. Hiraoka, M. Itou, Y. Sakurai, A. Koizumi, Y. To-
mioka, and Y. Tokura, Phys. Rev. B70, 104411 (2004).
6. K. Kuepper, I. Balasz, H. Hesse, A. Winiarski, K.C. Prince,
M. Matteucci, D. Wett, R. Szargan, E. Burzo, and M. Neu-
mann, Phys. Status Solidi A201, 3252 (2004).
7. S. Ray, A. Kumar, D.D. Sarma, R. Cimino, S. Turchini, S. Zen-
naro, and N. Zema, Phys. Rev. Lett. 87, 097204 (2001).
8. M.T. Causa, A. Butera, M. Tovar, and J. Fontcuberta, Phy-
sica B320, 79 (2002).
9. M. Kalanda, G. Suchaneck, A. Saad, S. Demyanov, and G.
Gerlach, Materials Science Forum 636, 338 (2010).
Low-temperature magnetically-inhomogeneous
states in Sr2FeMoO6–δ compounds
N.A. Kalanda, S.E. Demyanov, and L.V. Kovalev
It is shown, that the degree of inhomogeneity of the
Sr2FeMoO6–δ metal oxide compound microstructure,
that essentially depends on synthesis conditions, leads
to different degrees of superstructural ordering of Fe3+
and Mo5+ cations. According to the temperature de-
pendences of magnetization of the samples measured
without any magnetic field, the sharp jump in the low
temperature region (2.3–23 K) indicates that there are
magnetic regions with low coercitive force, where the
superparamagnetic state is realized. It is established
that magnetic inhomogeneity of antiferromagnetic–
ferrimagnetic states promotes a frustration of the ex-
change coupling and facilitates a realization of the
spin glass state in the material. A decrease of magnetic
inhomogeneity and corresponding increase of the de-
gree of superstructural ordering of cations cause the
negative magnetoresistance effect to increase up to
14%, and to be unchanged at temperature below 15 K.
PACS: 75.10.–b General theory and models of mag-
netic ordering;
76.60.Nr Spin-glass and other random models;
75.30.Cr Saturation moments and magnetic
susceptibilities.
Keywords: double perovskite, magnetoresistance, mag-
netization.
|