Осцилляции в спектре ЭПР интерфейсов мультиферроик/ферроэлектрик GdMnO₃/SrTiO₃ и YbMnO₃/SrTiO₃

Методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) изучены тонкие пленки манганитов иттербия YbMnO₃ и гадолиния GdMnO₃ толщиной 100 нм, нанесенные на подложку из виртуального сегнетоэлектрика SrTiO₃ (GdMnO₃/SrTiO₃ и YbMnO₃/SrTiO₃). Наиболее интересные результаты получены в температурном интервале 4...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Физика низких температур
Дата:	2015
Автори:	Еремина, Р.М., Гаврилова, T.П., Фазлижанов, И.И., Яцык, И.В., Мамедов, Д.В., Суханов, А.А., Чичков, В.И., Андреев, Н.В., Круг фон Нидда, Х.-А., Лойдл, А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України 2015
Теми:	Актуальные проблемы магнитного резонанса и его приложений: Анатоль Абрагам, Евгений Завойский, Казань
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122017
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Осцилляции в спектре ЭПР интерфейсов мультиферроик/ферроэлектрик dMnO₃/SrTiO₃ и YbMnO₃/SrTiO₃ / Р.М. Еремина, T.П. Гаврилова, И.И. Фазлижанов, И.В. Яцык, Д.В. Мамедов, А.А. Суханов, В.И. Чичков, Н.В. Андреев, фон Нидда Х.-А. Круг, А. Лойдл // Физика низких температур. — 2015. — Т. 41, № 1. — С. 57-61. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-122017
record_format	dspace
spelling	Еремина, Р.М. Гаврилова, T.П. Фазлижанов, И.И. Яцык, И.В. Мамедов, Д.В. Суханов, А.А. Чичков, В.И. Андреев, Н.В. Круг фон Нидда, Х.-А. Лойдл, А. 2017-06-25T19:41:48Z 2017-06-25T19:41:48Z 2015 Осцилляции в спектре ЭПР интерфейсов мультиферроик/ферроэлектрик dMnO₃/SrTiO₃ и YbMnO₃/SrTiO₃ / Р.М. Еремина, T.П. Гаврилова, И.И. Фазлижанов, И.В. Яцык, Д.В. Мамедов, А.А. Суханов, В.И. Чичков, Н.В. Андреев, фон Нидда Х.-А. Круг, А. Лойдл // Физика низких температур. — 2015. — Т. 41, № 1. — С. 57-61. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 0132-6414 PACS 75.30.Gw, 75.50.Dd, 75.70.Cn, 76.30.Da, 77.55.Nv https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122017 Методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) изучены тонкие пленки манганитов иттербия YbMnO₃ и гадолиния GdMnO₃ толщиной 100 нм, нанесенные на подложку из виртуального сегнетоэлектрика SrTiO₃ (GdMnO₃/SrTiO₃ и YbMnO₃/SrTiO₃). Наиболее интересные результаты получены в температурном интервале 40–100 К для GdMnO3/SrTiO3 и 40–150 К для YbMnO₃/SrTiO₃. В данных температурных интервалах помимо обменно-суженной линии от всего материала пленки в спектре ЭПР наблюдались осцилляции поглощаемой мощности, при этом амплитуда осцилляций зависела как от температуры, так и от величины внешнего магнитного поля. Методом електронного парамагнітного резонансу (ЕПР) вивчено тонкі плівки манганітів ітербію YbMnO3 та гадолінію GdMnO₃, товщиною 100 нм нанесені у вигляді тонкої плівки на підкладку з віртуального сегнетоелектрика SrTiO₃ (GdMnO₃/SrTiO₃ та YbMnO₃/SrTiO₃). Найбільш цікаві результати одержано в температурному інтервалі 40–100 К для GdMnO₃/SrTiO₃ та 40–150 К для YbMnO₃/SrTiO₃. У даних температурних інтервалах крім обмінно-звуженої лінії від усього матеріалу плівки в спектрі ЕПР спостерігалися осциляції поглинаємої потужності, при цьому амплітуда осциляцій залежала як від температури, так і від величини зовнішнього магнітного поля. The thin films (~ 100 nm) of GdMnO₃ and YbMnO₃ manganites deposited onto ferroelectric material SrTiO₃ (GdMnO₃/SrTiO₃ and YbMnO₃/SrTiO₃) were investigated by using the electron spin resonance (ESR) method. The most interesting results were observed at temperatures ranges 40–100 K and 40–120 K for GdMnO₃/SrTiO₃ and YbMnO₃/SrTiO₃, respectively. In these temperature ranges the ESR spectra displayed absorption power oscillations apart from the exchange-narrowed line from bulk GdMnO₃ or YbMnO₃. The oscillation intensity depends on temperature and external magnetic field. Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 13-02-97120. ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Актуальные проблемы магнитного резонанса и его приложений: Анатоль Абрагам, Евгений Завойский, Казань Осцилляции в спектре ЭПР интерфейсов мультиферроик/ферроэлектрик GdMnO₃/SrTiO₃ и YbMnO₃/SrTiO₃ Oscillations in the ESR spectrum of the multiferroic/ferroelectric interfaces for GdMnO₃/SrTiO₃ and YbMnO₃/SrTiO₃ Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Осцилляции в спектре ЭПР интерфейсов мультиферроик/ферроэлектрик GdMnO₃/SrTiO₃ и YbMnO₃/SrTiO₃
spellingShingle	Осцилляции в спектре ЭПР интерфейсов мультиферроик/ферроэлектрик GdMnO₃/SrTiO₃ и YbMnO₃/SrTiO₃ Еремина, Р.М. Гаврилова, T.П. Фазлижанов, И.И. Яцык, И.В. Мамедов, Д.В. Суханов, А.А. Чичков, В.И. Андреев, Н.В. Круг фон Нидда, Х.-А. Лойдл, А. Актуальные проблемы магнитного резонанса и его приложений: Анатоль Абрагам, Евгений Завойский, Казань
title_short	Осцилляции в спектре ЭПР интерфейсов мультиферроик/ферроэлектрик GdMnO₃/SrTiO₃ и YbMnO₃/SrTiO₃
title_full	Осцилляции в спектре ЭПР интерфейсов мультиферроик/ферроэлектрик GdMnO₃/SrTiO₃ и YbMnO₃/SrTiO₃
title_fullStr	Осцилляции в спектре ЭПР интерфейсов мультиферроик/ферроэлектрик GdMnO₃/SrTiO₃ и YbMnO₃/SrTiO₃
title_full_unstemmed	Осцилляции в спектре ЭПР интерфейсов мультиферроик/ферроэлектрик GdMnO₃/SrTiO₃ и YbMnO₃/SrTiO₃
title_sort	осцилляции в спектре эпр интерфейсов мультиферроик/ферроэлектрик gdmno₃/srtio₃ и ybmno₃/srtio₃
author	Еремина, Р.М. Гаврилова, T.П. Фазлижанов, И.И. Яцык, И.В. Мамедов, Д.В. Суханов, А.А. Чичков, В.И. Андреев, Н.В. Круг фон Нидда, Х.-А. Лойдл, А.
author_facet	Еремина, Р.М. Гаврилова, T.П. Фазлижанов, И.И. Яцык, И.В. Мамедов, Д.В. Суханов, А.А. Чичков, В.И. Андреев, Н.В. Круг фон Нидда, Х.-А. Лойдл, А.
topic	Актуальные проблемы магнитного резонанса и его приложений: Анатоль Абрагам, Евгений Завойский, Казань
topic_facet	Актуальные проблемы магнитного резонанса и его приложений: Анатоль Абрагам, Евгений Завойский, Казань
publishDate	2015
language	Russian
container_title	Физика низких температур
publisher	Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
format	Article
title_alt	Oscillations in the ESR spectrum of the multiferroic/ferroelectric interfaces for GdMnO₃/SrTiO₃ and YbMnO₃/SrTiO₃
description	Методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) изучены тонкие пленки манганитов иттербия YbMnO₃ и гадолиния GdMnO₃ толщиной 100 нм, нанесенные на подложку из виртуального сегнетоэлектрика SrTiO₃ (GdMnO₃/SrTiO₃ и YbMnO₃/SrTiO₃). Наиболее интересные результаты получены в температурном интервале 40–100 К для GdMnO3/SrTiO3 и 40–150 К для YbMnO₃/SrTiO₃. В данных температурных интервалах помимо обменно-суженной линии от всего материала пленки в спектре ЭПР наблюдались осцилляции поглощаемой мощности, при этом амплитуда осцилляций зависела как от температуры, так и от величины внешнего магнитного поля. Методом електронного парамагнітного резонансу (ЕПР) вивчено тонкі плівки манганітів ітербію YbMnO3 та гадолінію GdMnO₃, товщиною 100 нм нанесені у вигляді тонкої плівки на підкладку з віртуального сегнетоелектрика SrTiO₃ (GdMnO₃/SrTiO₃ та YbMnO₃/SrTiO₃). Найбільш цікаві результати одержано в температурному інтервалі 40–100 К для GdMnO₃/SrTiO₃ та 40–150 К для YbMnO₃/SrTiO₃. У даних температурних інтервалах крім обмінно-звуженої лінії від усього матеріалу плівки в спектрі ЕПР спостерігалися осциляції поглинаємої потужності, при цьому амплітуда осциляцій залежала як від температури, так і від величини зовнішнього магнітного поля. The thin films (~ 100 nm) of GdMnO₃ and YbMnO₃ manganites deposited onto ferroelectric material SrTiO₃ (GdMnO₃/SrTiO₃ and YbMnO₃/SrTiO₃) were investigated by using the electron spin resonance (ESR) method. The most interesting results were observed at temperatures ranges 40–100 K and 40–120 K for GdMnO₃/SrTiO₃ and YbMnO₃/SrTiO₃, respectively. In these temperature ranges the ESR spectra displayed absorption power oscillations apart from the exchange-narrowed line from bulk GdMnO₃ or YbMnO₃. The oscillation intensity depends on temperature and external magnetic field.
issn	0132-6414
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122017
citation_txt	Осцилляции в спектре ЭПР интерфейсов мультиферроик/ферроэлектрик dMnO₃/SrTiO₃ и YbMnO₃/SrTiO₃ / Р.М. Еремина, T.П. Гаврилова, И.И. Фазлижанов, И.В. Яцык, Д.В. Мамедов, А.А. Суханов, В.И. Чичков, Н.В. Андреев, фон Нидда Х.-А. Круг, А. Лойдл // Физика низких температур. — 2015. — Т. 41, № 1. — С. 57-61. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT ereminarm oscillâciivspektreéprinterfeisovmulʹtiferroikferroélektrikgdmno3srtio3iybmno3srtio3 AT gavrilovatp oscillâciivspektreéprinterfeisovmulʹtiferroikferroélektrikgdmno3srtio3iybmno3srtio3 AT fazližanovii oscillâciivspektreéprinterfeisovmulʹtiferroikferroélektrikgdmno3srtio3iybmno3srtio3 AT âcykiv oscillâciivspektreéprinterfeisovmulʹtiferroikferroélektrikgdmno3srtio3iybmno3srtio3 AT mamedovdv oscillâciivspektreéprinterfeisovmulʹtiferroikferroélektrikgdmno3srtio3iybmno3srtio3 AT suhanovaa oscillâciivspektreéprinterfeisovmulʹtiferroikferroélektrikgdmno3srtio3iybmno3srtio3 AT čičkovvi oscillâciivspektreéprinterfeisovmulʹtiferroikferroélektrikgdmno3srtio3iybmno3srtio3 AT andreevnv oscillâciivspektreéprinterfeisovmulʹtiferroikferroélektrikgdmno3srtio3iybmno3srtio3 AT krugfonniddaha oscillâciivspektreéprinterfeisovmulʹtiferroikferroélektrikgdmno3srtio3iybmno3srtio3 AT loidla oscillâciivspektreéprinterfeisovmulʹtiferroikferroélektrikgdmno3srtio3iybmno3srtio3 AT ereminarm oscillationsintheesrspectrumofthemultiferroicferroelectricinterfacesforgdmno3srtio3andybmno3srtio3 AT gavrilovatp oscillationsintheesrspectrumofthemultiferroicferroelectricinterfacesforgdmno3srtio3andybmno3srtio3 AT fazližanovii oscillationsintheesrspectrumofthemultiferroicferroelectricinterfacesforgdmno3srtio3andybmno3srtio3 AT âcykiv oscillationsintheesrspectrumofthemultiferroicferroelectricinterfacesforgdmno3srtio3andybmno3srtio3 AT mamedovdv oscillationsintheesrspectrumofthemultiferroicferroelectricinterfacesforgdmno3srtio3andybmno3srtio3 AT suhanovaa oscillationsintheesrspectrumofthemultiferroicferroelectricinterfacesforgdmno3srtio3andybmno3srtio3 AT čičkovvi oscillationsintheesrspectrumofthemultiferroicferroelectricinterfacesforgdmno3srtio3andybmno3srtio3 AT andreevnv oscillationsintheesrspectrumofthemultiferroicferroelectricinterfacesforgdmno3srtio3andybmno3srtio3 AT krugfonniddaha oscillationsintheesrspectrumofthemultiferroicferroelectricinterfacesforgdmno3srtio3andybmno3srtio3 AT loidla oscillationsintheesrspectrumofthemultiferroicferroelectricinterfacesforgdmno3srtio3andybmno3srtio3
first_indexed	2025-11-27T02:20:24Z
last_indexed	2025-11-27T02:20:24Z
_version_	1850791017892020224
fulltext	Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2015, т. 41, № 1, c. 57–61 Осцилляции в спектре ЭПР интерфейсов мультиферроик/ферроэлектрик GdMnO3/SrTiO3 и YbMnO3/SrTiO3 Р.М. Еремина1,2, T.П. Гаврилова1,2, И.И. Фазлижанов1,2, И.В. Яцык1,2, Д.В. Мамедов1, А.А. Суханов1, В.И. Чичков3, Н.В. Андреев3, Х.-А. Круг фон Нидда4, А. Лойдл4 1Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского РАН Сибирский тракт, 10/7, г. Казань, 420029, Россия 2Казанский (Приволжский) федеральный университет, Институт физики ул. Кремлевская, 16a, г. Казань, 420008, Россия 3Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» Ленинский пр., 4, г. Москва, 119049, Россия 4EP V, Center for Electronic Correlations and Magnetism, Augsburg University Universitätsstr., 2, Augsburg D-86135, Germany E-mail: REremina@yandex.ru Статья поступила в редакцию 18 августа 2014 г., опубликована онлайн 24 ноября 2014 г. Методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) изучены тонкие пленки манганитов иттер- бия YbMnO3 и гадолиния GdMnO3 толщиной 100 нм, нанесенные на подложку из виртуального сегне- тоэлектрика SrTiO3 (GdMnO3/SrTiO3 и YbMnO3/SrTiO3). Наиболее интересные результаты получены в температурном интервале 40–100 К для GdMnO3/SrTiO3 и 40–150 К для YbMnO3/SrTiO3. В данных тем- пературных интервалах помимо обменно-суженной линии от всего материала пленки в спектре ЭПР на- блюдались осцилляции поглощаемой мощности, при этом амплитуда осцилляций зависела как от темпе- ратуры, так и от величины внешнего магнитного поля. Методом електронного парамагнітного резонансу (ЕПР) вивчено тонкі плівки манганітів ітербію YbMnO3 та гадолінію GdMnO3, товщиною 100 нм нанесені у вигляді тонкої плівки на підкладку з віртуального сегнето- електрика SrTiO3 (GdMnO3/SrTiO3 та YbMnO3/SrTiO3). Найбільш цікаві результати одержано в температур- ному інтервалі 40–100 К для GdMnO3/SrTiO3 та 40–150 К для YbMnO3/SrTiO3. У даних температурних інте- рвалах крім обмінно-звуженої лінії від усього матеріалу плівки в спектрі ЕПР спостерігалися осциляції поглинаємої потужності, при цьому амплітуда осциляцій залежала як від температури, так і від величини зовнішнього магнітного поля. PACS: 75.30.Gw Магнитная анизотропия; 75.50.Dd Неметаллические ферромагнитные материалы; 75.70.Cn Магнитные свойства интерфейсов (мультислои, сверхрешетки, гетероструктуры); 76.30.Da Электронный парамагнитный резонанс. Ионы и примеси: общее; 77.55.Nv Пленки мультиферроик/магнитоэлектрик. Ключевые слова: электронный парамагнитный резонанс, тонкие пленки, мультиферроик, сегнетоэлектрик. Введение Интерес к изучению физических свойств двухслой- ных гетероструктур в виде тонких пленок мультифер- роиков, нанесенных на диэлектрические подложки, обусловлен их необычными физическими свойствами и возможностью практического применения. Что каса- ется необычных свойств, известно, что на границе раз- дела двух диэлектриков — тонкой пленки SrTiO3 на подложке LaAlO3 — наблюдался переход в сверхпро- водящее состояние [1]. Что касается практического использования, исследования сегнетоэлетрических ма- териалов для возможного применения в технике СВЧ ведутся довольно давно. Однако использовать материал © Р.М. Еремина, T.П. Гаврилова, И.И. Фазлижанов, И.В. Яцык, Д.В. Мамедов, А.А. Суханов, В.И. Чичков, Н.В. Андреев, Х.-А. Круг фон Нидда, А. Лойдл, 2015 Р.М. Еремина и др. с большой диэлектрической проницаемостью, сильно зависящей от температуры, довольно сложно. Поэтому в качестве приборов СВЧ предлагают использовать сегне- тоэлектрическую тонкую пленку, нанесенную на диэлек- трическую подложку [2]. Имея в виду сказанное выше, в качестве объекта изучения данной статьи выбраны тон- кие пленки мультиферроиков GdMnO3 и YbMnO3, нане- сенные на виртуальный сегнетоэлектрик SrTiO3. Экспериментальные результаты Эпитаксиальные тонкие пленки манганита гадоли- ния GdMnO3 и манганита иттербия YbMnO3 на моно- кристаллических подложках титаната стронция SrTiO3 получены методом высокочастотного магнетронного распыления. Анализ исследуемых образцов методом обратного резерфордовского рассеяния показал, что толщина полученных пленок составляла ~ 100 нм, а химический состав соответствовал заявленной стехио- метрии. В результате рентгенографического анализа структуры и фазового состава полученных пленок ус- тановлено, что все образцы являются однофазными. Толщина подложки составляла ~ 0,6 мм (рис. 1). Измерения спектров ЭПР проводили в Х-диапазоне на спектрометре ELEXSYS E500 фирмы Брукер, обо- рудованном проточными азотным и гелиевым криоста- тами, а также на спектрометре фирмы Вариан в темпе- ратурной области от 4 до 400 К. Образец помещали в кварцевую пробирку, закрепляли расплавленным пара- фином так, чтобы постоянное магнитное поле было па- раллельно плоскости интерфейса пленка/подложка. Об- разец помещали в пучность СВЧ поля резонатора, точность измерения температуры составляла 1 К. В спектре ЭПР образца GdMnO3/SrTiO3 при комнат- ной температуре наблюдалась группа линий, являющаяся тонкой структурой парамагнитного центра гадолиния, поведение которой детально описано в работе [3]. В тем- пературном интервале 40–150 К и 40–100 К при изучении тонкой пленки YbMnO3/SrTiO3 и GdMnO3/SrTiO3 соот- ветственно на экране осциллографа в режиме «tune» на- блюдались две кривые поглощения, а при некоторых температурах — три кривые поглощения, которые сме- няют друг друга во времени. Вид кривых поглощения на экране осциллографа при температуре 45 К представлен на рис. 2 для YbMnO3/SrTiO3. Резонансные значения частоты дополнительных кривых поглощения были измерены на спектрометре Брукер ELEXSYS в темпе- ратурном диапазоне 80–160 К и приведены на рис. 3; точность измерения температуры составила 0,2 К. Как видно на рис. 3, при изменении температуры на 1 К частота дополнительного пика изменяется на 60 МГц. На рис. 4 приведен вид спектра магнитного резо- нанса тонкой пленки YbMnO3/SrTiO3 при нескольких температурах, где наблюдались осцилляции поглощае- мой СВЧ мощности при увеличении магнитного поля. Как видно на рисунке, амплитуда осцилляций зависит от магнитного поля. На рис. 5 приведена зависимость осцилляций от величины магнитного поля. Данная за- висимость хорошо аппроксимируется выражением: С*exp (–∆/H), где ∆ = 2000 Э, а Н — величина магнит- Рис.1. (Онлайн в цвете) Схматический вид гетероструктуры GdMnO3/SrTiO3. Рис. 2. Вид кривых поглощения YbMnO3/SrTiO3 на экране осциллографа спектрометра Bruker ELEXSYS с разностью во времени около 1 с при температуре 45 К. Центральная линия настроена на частоту 9,39 ГГц. Рис. 3. Температурные зависимости частоты поглощения резонатора, в который помещена тонкая пленка YbMnO3/SrTiO3. () — резонансная частота резонатора, ос- тальные символы — частоты поглощения образца. Сплошная линия — частота колебаний в SrTiO3 после механического удаления тонкой пленки. 58 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2015, т. 41, № 1 Осцилляции в спектре ЭПР интерфейсов мультиферроик/ферроэлектрик GdMnO3/SrTiO3 и YbMnO3/SrTiO3 ного поля. Осцилляции наблюдаются на фоне широкой линии порядка 8000 Э от пленки GdMnO3 (см. рис. 6), при температуре 78 К происходит резкое уменьшение ширины линии магнитного резонанса до 1000 Э, что свидетельствует о магнитном фазовом переходе, на- блюдающимся в монокристаллическом GdMnO3 при температуре порядка 40 К. Обсуждение Вид осцилляций в спектре магнитного резонанса по- добен кривым размерного резонанса, наблюдавшегося в тонких металлических пластинках (эффект Гантмахера) [4]. Подобная картина может наблюдаться от двумерного газа на интерфейсе двух диэлектриков (о чем сообщалось в работах [5,6]), который можно представить в виде тон- кой металлической пластины. Однако толщина интер- фейса составляет несколько периодов решетки, что не- достаточно для возбуждения размерного резонанса. Как видно на рис. 2, на осциллограмме зоны гене- рации СВЧ генератора в довольно широком интервале температур наблюдаются два пика поглощения в образ- це тонкая пленка мультиферроика на подложке SrTiO3. Один (условно назовем первый) обусловлен поглоще- нием СВЧ энергии нагруженным резонатором. Второй, вероятно, возникает при возбуждении колебаний объ- емного акустического резонатора (ОАР) в образце GdMnO3/SrTiO3 или YbMnO3/SrTiO3. Таким образом, механизм возникновения осцилля- ций уровня СВЧ в резонаторе и наблюдение их в спектре магнитного резонанса, возможно, связаны с работой системы автоматической подстройки частоты (АПЧ) с устройством ПИД (proportional integral differ- ential) регулирования температуры. Как показано на рис. 3, резонансная частота второго пика изменяется примерно на 60 МГц при изменении температуры в пределах 1 К (установленное значение параметра ПИД регулятора температуры на спектрометре Брукер ELEXSYS составляло 1 К при проведении эксперимен- тов, изображенных на рис. 4, 5, 6). При определенном соотношении между параметрами ПИД регулирования температура флуктуирует вокруг установленного зна- чения. Флуктуации температуры будут носить перио- Рис. 4. (Онлайн в цвете) Вид спектра магнитного резонанса тон- кой пленки GdMnO3/SrTiO3 при различных температурах. Рис. 5. (Онлайн в цвете) Зависимость амплитуды осцилля- ций от величины магнитного поля. На вставке представ- лен вид спектра магнитного резонанса в тонкой пленке GdMnO3/SrTiO3 при температуре 48 К. Рис. 6. (Онлайн в цвете) Температурные зависимости вида спектра магнитного резонанса в Х-диапазоне (a); темпера- турная зависимость ширины линии магнитного резонанса тонкой пленки GdMnO3/SrTiO3 (б). Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2015, т. 41, № 1 59 Р.М. Еремина и др. дический характер, что, в свою очередь, приведет к пе- риодическому изменению частоты в образцах GdMnO3/SrTiO3 и YbMnO3/SrTiO3. Вследствие этого система автоподстройки частоты может «захватывать» равновероятно и первый пик, и второй (при их близком расположении по частоте, достаточном для перекрывания модуляцией частоты системы АПЧ). При этом, когда «второй пик» периодически выходит за пределы, обу- словленные модуляцией частоты АПЧ, система «захва- тывает» «первый пик», что при записи спектра ЭПР реги- стрируется как изменение уровня мощности СВЧ, поглощаемой резонатором, что приводит к возникнове- нию осцилляций в спектре ЭПР исследуемых образцов. Вероятно, столь сильное изменение с температурой резонансного значения частоты второго пика обуслов- лено диэлектрическими свойствами подложки SrTiO3. Низкотемпературные диэлектрические свойства кри- сталлов титаната стронция и бария привлекают внима- ние исследователей с середины 60-х годов прошлого века в основном благодаря тому, что они обладают сильно выраженной зависимостью диэлектрической константы от температуры и приложенного статиче- ского поля. В последние годы усилился интерес к этим образцам, поскольку их использование позволяет кон- струировать на их основе тонкопленочные СВЧ уст- ройства на объемных акустических волнах — объем- ные акустические резонаторы (ОАР) [7]. Температурную зависимость диэлектрической про- ницаемости SrTiO3 изучали в работе [8]. Авторами были обнаружены низкотемпературные аномалии ди- электрических потерь, которые они связали с форми- рованием тонких сегнетоэлектрических кластеров или же с образованием областей с когерентной переориен- тацией дефектных состояний в квантовых параэлек- триках. Диэлектрические свойства SrTiO3 также силь- но меняются при допировании. В работе Леманова и др. [9] проведены измерения диэлектрической релак- сации SrTiO3, легированного ионами марганца. Уста- новлено, что характер температурной зависимости константы диэлектрического поглощения зависит от частоты измерений (см. рис. 3–5 в [9]). Авторы прове- ли измерения констант диэлектрического поглощения для легированных ионами марганца SrTiO3 в частот- ном диапазоне от 10 Гц до 1 МГц. На рис. 3 работы [9] максимальное значение диэлектрической проницае- мости составляет примерно ε″ = 450 и ε′ = 2500 (100 кГц) для SrTiO3:0,02Mn2+. Подставляя данные значения в выражение / ,SHFλ =λ ε где 2 2 ,′ ′′ε = ε + ε получаем, что λ ≈ 0,6 мм. Это значение сравнимо с толщиной подложки. Возможно, подложка SrTiO3, с нанесенной на нее тонкой пленкой мультиферроика GdMnO3 или YbMnO3, служит генератором гиперзвука, т.е. упругой волны с частотой примерно 109 Гц. Генера- ция и прием гиперзвука основываются на использова- нии явлений пьезоэлектричества и магнитострикции. Как уже отмечалось, об использовании SrTiO3 и BaTiO3 в качестве рабочего тела для техники СВЧ сообщалось довольно давно. SrTiO3 — идеальный материал для изучения электрострикции благодаря его большому коэффициенту электрострикции и отсутствию пьезо- электричества [2]. Авторами [10] предложена модель, объясняющая, как при помощи планарного конденса- тора возбуждаются гиперзвуковые волны в сегнето- электрике посредством наведенного пьезоэффекта. При Т = 78 К они наблюдали значительное усиление нелинейного отклика на бигармонический сигнал при частотах, близких к СВЧ. Учитывая сказанное выше, очевидна необходи- мость исследования диэлектрических свойств струк- тур GdMnO3/SrTiO3 и YbMnO3/SrTiO3. Для измерения диэлектрической проницаемости тонкой пленки GdMnO3/SrTiO3 нами был изготовлен плоский конден- сатор, в котором изучаемый образец был диэлектриком между обкладками. Изготовленный конденсатор по- мещали в гелиевый проточный криостат, на частоте 100 кГц измеряли температурную зависимость элек- троемкости. Характер температурной зависимости ме- няется от направления изменения температуры (нагре- вается или охлаждается образец). Вид зависимостей приведен на рис. 7. Диэлектрическая проницаемость на частоте 100 кГц была рассчитана по формуле ε = = CS/(εod), где С — измеренная емкость, S — площадь пластин, d — толщина образца, а ε0 — диэлектриче- ская проницаемость вакуума. При понижении темпе- ратуры (ниже 120 К) диэлектрическая проницаемость начинает возрастать и резко падает до минимального значения при 40 К. При повышении температуры выше 40 К диэлектрическая проницаемость возрастает, но аб- солютные значения зависят от скорости изменения тем- пературы. Подобное поведение ε(Т) наблюдалось в рабо- те [11], где изучали влияние нестехеометричного расположения ионов Sr и Ti на ферроэлектрические свой- ства керамики SrTiO3. Авторы исследовали зависимость Рис. 7. Температурные зависимости диэлектрической прони- цаемости образца GdMnO3/SrTiO3, () — нагревание образ- цов 10 К/мин, () — нагревание 1 К/мин, () — охлаждение образцов. 60 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2015, т. 41, № 1 https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%8C%D0%B5%D0%B7%D0%BE%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B8%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F Осцилляции в спектре ЭПР интерфейсов мультиферроик/ферроэлектрик GdMnO3/SrTiO3 и YbMnO3/SrTiO3 пироэлектрического тока в керамике SrTiO3 с соот- ношением Sr/Ti = 0,96. Вначале образец охлаждали до T = 2 К в электрическом поле (Е = 14 кВ/см, с направле- нием напряженности электрического поля перпендику- лярно плоскости образца, изготовленного в форме дис- ка), а затем после процедуры короткого замыкания измеряли температурную зависимость пироэлектриче- ского тока. Данные получены при трех различных ско- ростях нагревания (2, 4 и 6 К/мин). Пик кривой ток– температура не смещается вдоль оси Т, но с увеличением скорости изменения температуры растет максимальное значение тока: Imax(2 К/мин) = 2 пA; Imax(6 К/мин) = 5 пA. При этом в нестехиометрическом образце SrTiO3 поляри- зация увеличивается при понижении температуры ниже 10 К. Следовательно, на диэлектрические свойства ока- зывают влияние дефекты решетки и тепловые колеба- ния атомов около положения равновесия. В работе [12] изучали последствия влияния квантовых флуктуа- ций на структурные фазовые переходы в соединениях SrTiO3 и BaTiO3. Для SrTiO3 установили, что квантовые флуктуации полностью подавляют ферроэлектрические переходы и снижают температуру перехода в тетраго- нальную фазу от 130 до 110 К, в которой кислородные октаэдры поворачиваются в противоположные направ- ления в соседних элементарных ячейках, что приводит к квантовой параэлектрической фазе при очень низких температурах. На формирование некоего квантового когерентного состояния [13] около 37 К указывает рез- кое уменьшение ширин линий тонкой структуры при- месного иона Fe3+ при внешнем одноосном давлении. Выводы В широком температурном интервале проведены из- мерения спектров магнитного резонанса тонких пленок манганитов иттербия YbMnO3 и гадолиния GdMnO3, нанесенных на подложки из сегнетоэлектрического ма- териала SrTiO3,. В температурном диапазоне 40–100 К для GdMnO3/SrTiO3 и 40–120 К для YbMnO3/SrTiO3 в спектре магнитного резонанса наблюдаются осцилля- ции линии поглощения СВЧ мощности, которые связа- ны с двумя или более резонансными значениями ширины линии поглощения в резонаторе. Одна линия поглощения обязана собственно резонатору, вторая обусловлена соб- ственными резонансными свойствами образца. Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 13-02-97120. 1. A. Ohtomo and H.Y. Hwang, Nature 427, 423426 (2004). 2. Сегнетоэлектрики в технике СВЧ, О.Г. Вендик (ред.), Советское радио, Москва (1979). 3. Т.П. Гаврилова, Р.М. Еремина, И.В. Яцык, И.И. Фаз- лижанов, А.А. Родионов, Д.В. Мамедов, Н.В. Андреев, В.И. Чичков, Я.М. Муковский, Письма ЖЭТФ 98, 434 (2013) [JETP Lett. 98, 380 (2013)]. 4. V.F. Gantmakher, Progr. Low Temp. Phys. 5, 181 (1967). 5. M.P. Warusawithana, C. Richter, J.A. Mundy, P. Roy, J. Lud- wig, S. Paetel, T. Heeg, A.A. Pawlicki, L.F. Kourkoutis, M. Zheng, M. Lee, B. Mulcahy, W. Zander, Y. Zhu, J. Schubert, J.N. Eckstein, D.A. Muller, C. Stephen Hellberg, J. Mannhart, and D.G. Schlom, Nature Commun. 4, Article number: 2351 (2013). 6. H.J. Gardner, A. Kumar, L. Yu, P. Xiong, M.P. Warusawithana, L. Wang, O. Vafek, and D.G. Schlom, Nature Phys. 7, 895 (2011). 7. И.Б. Вендик, ФТТ 51, 1495 (2009). 8. R. Viana, P. Lunkenheimer, J. Hemberger, R. Bohmer, and A. Loidl, Phys. Rev.B 50, 601 (1994). 9. В.В. Леманов, Е.П. Смирнов, А.В. Сотников, M. Weihnacht, ФТТ 46, 1402 (2004). 10. О.Г. Вендик, Л.Т. Тер-Мартиросян, ЖТФ 69, вып. 8, 93 (1999). 11. Y.Y. Guo, M.H. Liu, D.P. Yu, and J.-M. Liu, Phys. Rev. B 85, 104108 (2012). 12. W. Zhong and David Vanderbilt, Phys. Rev. B 53, 5047 (1996) 13. K.A. Müller, W. Berlinger, and E. Tosatti, Z. Physik B 84, 277 (1991). Oscillations in the ESR spectrum of the multi- ferroic/ferroelectric interfaces for GdMnO3/SrTiO3 and YbMnO3/SrTiO3 R.M. Eremina, T.P. Gavrilova, I.I. Fazlizhanov, I.V. Yatsyk, D.V. Mamedov, A.A. Sukhanov, V.I. Chichkov, N.V. Andreev, H.-A. Krug von Nidda, and A. Loidl The thin films (~ 100 nm) of GdMnO3 and YbMnO3 manganites deposited onto ferroelectric ma- terial SrTiO3 (GdMnO3/SrTiO3 and YbMnO3/SrTiO3) were investigated by using the electron spin resonance (ESR) method. The most interesting results were ob- served at temperatures ranges 40–100 K and 40–120 K for GdMnO3/SrTiO3 and YbMnO3/SrTiO3, respective- ly. In these temperature ranges the ESR spectra dis- played absorption power oscillations apart from the ex- change-narrowed line from bulk GdMnO3 or YbMnO3. The oscillation intensity depends on temperature and external magnetic field. PACS 75.30.Gw Magnetic anisotropy; 75.50.Dd Nonmetallic ferromagnetic materials; 75.70.Cn Magnetic properties of interfaces (multilayers, superlattices, heterostructures); 76.30.Da Electron paramagnetic resonance and relaxation. Ions and impurities: general; 77.55.Nv Multiferroic/magnetoelectric films. Keywords: electron spin resonance, thin films, multi- ferroic, ferroelectric. Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2015, т. 41, № 1 61 Введение Экспериментальные результаты Обсуждение Выводы

Осцилляции в спектре ЭПР интерфейсов мультиферроик/ферроэлектрик GdMnO₃/SrTiO₃ и YbMnO₃/SrTiO₃

Репозитарії

Схожі ресурси