Явление обменного сдвига в перовскитах (Nd₁₋хYx)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ (x = 0; 0,1)
Обнаружен обменный сдвиг петель гистерезиса в соединениях (Nd₁₋хYx)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ (x = 0; 0,1), возникающий при охлаждении в магнитном поле ниже температур магнитного упорядочения и свидетельствующий о магнитном фазовом расслоении этих соединений при низких температурах. Оценен вклад ферромагнитной фа...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физика низких температур |
|---|---|
| Дата: | 2015 |
| Автори: | , , , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2015
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/128283 |
| 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: | Явление обменного сдвига в перовскитах (Nd₁₋хYx)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ (x = 0; 0,1) / Е.Л. Фертман, А.В. Федорченко, А.В. Котляр, В.А. Десненко, E. Čižmár, A. Baran, D.D. Khalyavin, A.N. Salak, V.V. Shvartsman, A. Feher // Физика низких температур. — 2015. — Т. 41, № 12. — С. 1283–1288. — Бібліогр.: 32 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-128283 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Фертман, Е.Л. Федорченко, А.В. Котляр, А.В. Десненко, В.А. Čižmá, E. Baran, A. Khalyavin, D.D. Salak, A.N. Shvartsman, V.V. Feher, A. 2018-01-07T17:09:48Z 2018-01-07T17:09:48Z 2015 Явление обменного сдвига в перовскитах (Nd₁₋хYx)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ (x = 0; 0,1) / Е.Л. Фертман, А.В. Федорченко, А.В. Котляр, В.А. Десненко, E. Čižmár, A. Baran, D.D. Khalyavin, A.N. Salak, V.V. Shvartsman, A. Feher // Физика низких температур. — 2015. — Т. 41, № 12. — С. 1283–1288. — Бібліогр.: 32 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 64.75.Nx, 71.70.Gm, 75.60.Ej, 75.47.Lx https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/128283 Обнаружен обменный сдвиг петель гистерезиса в соединениях (Nd₁₋хYx)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ (x = 0; 0,1), возникающий при охлаждении в магнитном поле ниже температур магнитного упорядочения и свидетельствующий о магнитном фазовом расслоении этих соединений при низких температурах. Оценен вклад ферромагнитной фазы в полную намагниченность соединений. Обнаружено, что замещение неодима иттрием приводит к увеличению содержания ферромагнитной фазы в допированном соединении (Nd₀,₉Y₀,₁)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ по сравнению с исходным соединением Nd₂/₃Ca₁/₃MnO₃. При этом ферромагнитная фаза в допированном соединении характеризуется меньшей коэрцитивной силой Hс и более прямоугольной петлей гистерезиса. Величина поля обменного сдвига HEB немонотонно зависит от магнитного поля охлаждения Нcool, и в области достаточно больших полей Нcool > 5 кЭ примерно вдвое меньше для допированного соединения. Такое различие определяется меньшей величиной обменного взаимодействия и большей величиной намагниченности насыщения ферромагнитной фазы в (Nd₀,₉Y₀,₁)₂/₃Ca₁/₃MnO₃. Виявлено обмінний зсув петель гістерезису у сполуках (Nd₁₋хYx)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ (x = 0; 0,1), що виникає при охолодженні у магнітному полі нижче температур магнітного впорядкування та свідчить про магнітне фазове розшарування цих сполук при низьких температурах. Оцінено внесок феромагнітної фази в повну намагніченість сполук. Виявлено, що заміщення неодиму ітрієм призводить до збільшення змісту феромагнітної фази у допованій сполуці (Nd₀,₉Y₀,₁)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ в порівнянні з базовою сполукою Nd₂/₃Ca₁/₃MnO₃. При цьому феромагнітна фаза в допованій сполуці характеризується меншою коерцитивною силою Hс та більш прямокутною петлею гістерезису. Величина поля обмінного зсуву HEB немонотонно залежить від магнітного поля охолодження Нcool, та в області досить великих полів Нcool > 5 кЕ приблизно вдвічі менше для допованої сполуки. Така різниця обумовлена меншою величиною обмінної взаємодії та більшою величиною намагніченості насичення феромагнітної фази в (Nd₀,₉Y₀,₁)₂/₃Ca₁/₃MnO₃. Exchange bias phenomenon evident of antiferromagnetic–ferromagnetic phase segregated state has been observed in (Nd₁₋хYx)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ (x = 0; 0,1) compounds at low temperatures. A contribution to the total magnetization of the compounds due to the ferromagnetic phase has been evaluated. It has been found that yttrium doping leads to the growth of the ferromagnetic phase fraction. The ferromagnetic phase in the doped compound has a lower coercivity Hc and more rectangular form of the hysteresis loop. The values of the exchange bias field HEB and coercivity are found to be strongly dependent on the cooling magnetic field Нcool. In sufficiently high magnetic fields, Нcool > 5 kOe, the HEB value is approximately twice in the doped compound than in the parent compound. This difference is attributed to the lower exchange interaction and the higher saturation magnetization of the ferromagnetic phase in (Nd₀,₉Y₀,₁)₂/₃Ca₁/₃MnO₃. Авторы благодарны академику НАН Украины Н.Ф. Харченко за помощь и плодотворное обсуждение результатов исследования. ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Низкотемпеpатуpный магнетизм Явление обменного сдвига в перовскитах (Nd₁₋хYx)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ (x = 0; 0,1) Exchange bias phenomenon in (Nd₁₋хYx)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ (x = 0; 0,1) perovskites Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Явление обменного сдвига в перовскитах (Nd₁₋хYx)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ (x = 0; 0,1) |
| spellingShingle |
Явление обменного сдвига в перовскитах (Nd₁₋хYx)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ (x = 0; 0,1) Фертман, Е.Л. Федорченко, А.В. Котляр, А.В. Десненко, В.А. Čižmá, E. Baran, A. Khalyavin, D.D. Salak, A.N. Shvartsman, V.V. Feher, A. Низкотемпеpатуpный магнетизм |
| title_short |
Явление обменного сдвига в перовскитах (Nd₁₋хYx)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ (x = 0; 0,1) |
| title_full |
Явление обменного сдвига в перовскитах (Nd₁₋хYx)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ (x = 0; 0,1) |
| title_fullStr |
Явление обменного сдвига в перовскитах (Nd₁₋хYx)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ (x = 0; 0,1) |
| title_full_unstemmed |
Явление обменного сдвига в перовскитах (Nd₁₋хYx)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ (x = 0; 0,1) |
| title_sort |
явление обменного сдвига в перовскитах (nd₁₋хyx)₂/₃ca₁/₃mno₃ (x = 0; 0,1) |
| author |
Фертман, Е.Л. Федорченко, А.В. Котляр, А.В. Десненко, В.А. Čižmá, E. Baran, A. Khalyavin, D.D. Salak, A.N. Shvartsman, V.V. Feher, A. |
| author_facet |
Фертман, Е.Л. Федорченко, А.В. Котляр, А.В. Десненко, В.А. Čižmá, E. Baran, A. Khalyavin, D.D. Salak, A.N. Shvartsman, V.V. Feher, A. |
| topic |
Низкотемпеpатуpный магнетизм |
| topic_facet |
Низкотемпеpатуpный магнетизм |
| 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 |
Exchange bias phenomenon in (Nd₁₋хYx)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ (x = 0; 0,1) perovskites |
| description |
Обнаружен обменный сдвиг петель гистерезиса в соединениях (Nd₁₋хYx)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ (x = 0; 0,1), возникающий при охлаждении в магнитном поле ниже температур магнитного упорядочения и свидетельствующий о магнитном фазовом расслоении этих соединений при низких температурах. Оценен вклад ферромагнитной фазы в полную намагниченность соединений. Обнаружено, что замещение неодима иттрием приводит к увеличению содержания ферромагнитной фазы в допированном соединении
(Nd₀,₉Y₀,₁)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ по сравнению с исходным соединением Nd₂/₃Ca₁/₃MnO₃. При этом ферромагнитная
фаза в допированном соединении характеризуется меньшей коэрцитивной силой Hс и более прямоугольной
петлей гистерезиса. Величина поля обменного сдвига HEB немонотонно зависит от магнитного поля охлаждения Нcool, и в области достаточно больших полей Нcool > 5 кЭ примерно вдвое меньше для допированного
соединения. Такое различие определяется меньшей величиной обменного взаимодействия и большей величиной намагниченности насыщения ферромагнитной фазы в (Nd₀,₉Y₀,₁)₂/₃Ca₁/₃MnO₃.
Виявлено обмінний зсув петель гістерезису у сполуках (Nd₁₋хYx)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ (x = 0; 0,1), що виникає при
охолодженні у магнітному полі нижче температур магнітного впорядкування та свідчить про магнітне фазове
розшарування цих сполук при низьких температурах. Оцінено внесок феромагнітної фази в повну
намагніченість сполук. Виявлено, що заміщення неодиму ітрієм призводить до збільшення змісту
феромагнітної фази у допованій сполуці (Nd₀,₉Y₀,₁)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ в порівнянні з базовою сполукою
Nd₂/₃Ca₁/₃MnO₃. При цьому феромагнітна фаза в допованій сполуці характеризується меншою коерцитивною силою Hс та більш прямокутною петлею гістерезису. Величина поля обмінного зсуву HEB немонотонно
залежить від магнітного поля охолодження Нcool, та в області досить великих полів Нcool > 5 кЕ приблизно
вдвічі менше для допованої сполуки. Така різниця обумовлена меншою величиною обмінної взаємодії та
більшою величиною намагніченості насичення феромагнітної фази в (Nd₀,₉Y₀,₁)₂/₃Ca₁/₃MnO₃.
Exchange bias phenomenon evident of antiferromagnetic–ferromagnetic
phase segregated state has
been observed in (Nd₁₋хYx)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ (x = 0; 0,1)
compounds at low temperatures. A contribution to the
total magnetization of the compounds due to the ferromagnetic
phase has been evaluated. It has been
found that yttrium doping leads to the growth of the
ferromagnetic phase fraction. The ferromagnetic phase
in the doped compound has a lower coercivity Hc and
more rectangular form of the hysteresis loop. The values
of the exchange bias field HEB and coercivity are
found to be strongly dependent on the cooling magnetic
field Нcool. In sufficiently high magnetic fields,
Нcool > 5 kOe, the HEB value is approximately twice in
the doped compound than in the parent compound.
This difference is attributed to the lower exchange interaction
and the higher saturation magnetization of
the ferromagnetic phase in (Nd₀,₉Y₀,₁)₂/₃Ca₁/₃MnO₃.
|
| issn |
0132-6414 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/128283 |
| citation_txt |
Явление обменного сдвига в перовскитах (Nd₁₋хYx)₂/₃Ca₁/₃MnO₃ (x = 0; 0,1) / Е.Л. Фертман, А.В. Федорченко, А.В. Котляр, В.А. Десненко, E. Čižmár, A. Baran, D.D. Khalyavin, A.N. Salak, V.V. Shvartsman, A. Feher // Физика низких температур. — 2015. — Т. 41, № 12. — С. 1283–1288. — Бібліогр.: 32 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT fertmanel âvlenieobmennogosdvigavperovskitahnd1hyx23ca13mno3x001 AT fedorčenkoav âvlenieobmennogosdvigavperovskitahnd1hyx23ca13mno3x001 AT kotlârav âvlenieobmennogosdvigavperovskitahnd1hyx23ca13mno3x001 AT desnenkova âvlenieobmennogosdvigavperovskitahnd1hyx23ca13mno3x001 AT cizmae âvlenieobmennogosdvigavperovskitahnd1hyx23ca13mno3x001 AT barana âvlenieobmennogosdvigavperovskitahnd1hyx23ca13mno3x001 AT khalyavindd âvlenieobmennogosdvigavperovskitahnd1hyx23ca13mno3x001 AT salakan âvlenieobmennogosdvigavperovskitahnd1hyx23ca13mno3x001 AT shvartsmanvv âvlenieobmennogosdvigavperovskitahnd1hyx23ca13mno3x001 AT fehera âvlenieobmennogosdvigavperovskitahnd1hyx23ca13mno3x001 AT fertmanel exchangebiasphenomenoninnd1hyx23ca13mno3x001perovskites AT fedorčenkoav exchangebiasphenomenoninnd1hyx23ca13mno3x001perovskites AT kotlârav exchangebiasphenomenoninnd1hyx23ca13mno3x001perovskites AT desnenkova exchangebiasphenomenoninnd1hyx23ca13mno3x001perovskites AT cizmae exchangebiasphenomenoninnd1hyx23ca13mno3x001perovskites AT barana exchangebiasphenomenoninnd1hyx23ca13mno3x001perovskites AT khalyavindd exchangebiasphenomenoninnd1hyx23ca13mno3x001perovskites AT salakan exchangebiasphenomenoninnd1hyx23ca13mno3x001perovskites AT shvartsmanvv exchangebiasphenomenoninnd1hyx23ca13mno3x001perovskites AT fehera exchangebiasphenomenoninnd1hyx23ca13mno3x001perovskites |
| first_indexed |
2025-11-26T20:23:06Z |
| last_indexed |
2025-11-26T20:23:06Z |
| _version_ |
1850773280536920064 |
| fulltext |
Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2015, т. 41, № 12, c. 1283–1288
Явление обменного сдвига в перовскитах
(Nd1–хYx)2/3Ca1/3MnO3 (x = 0; 0,1)
Е.Л. Фертман1, А.В. Федорченко1,2, А.В. Котляр1, В.А. Десненко1, E. Čižmár2,
A. Baran3, D.D. Khalyavin4, A.N. Salak5, V.V. Shvartsman6, A. Feher2
1Физико-технический институт низких температур им. Б.И. Веркина НАН Украины
пр. Ленина, 47, г. Харьков, 61103, Украина
E-mail: Fertman@ilt.kharkov.ua
2Institute of Physics, Faculty of Science, P. J. Šafárik University in Košice, 9 Park Angelinum, Košice 04154, Slovakia
3Department of Physics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics, Technical University of Košice
2 Park Komenského, Košice 042 00, Slovakia
4ISIS Facility, STFC, Rutherford Appleton Laboratory, Chilton, Didcot, Oxfordshire, OX11 0QX, UK
5Department of Materials and Ceramic Engineering/CICECO, University of Aveiro, Aveiro 3810-193, Portugal
6Institute for Materials Science and Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE), University of Duisburg-Essen
15 Universitätsstrasse, Essen 45141, Germany
Статья поступила в редакцию 10 июля 2015 г., опубликована онлайн 23 октября 2015 г.
Обнаружен обменный сдвиг петель гистерезиса в соединениях (Nd1–хYx)2/3Ca1/3MnO3 (x = 0; 0,1), возни-
кающий при охлаждении в магнитном поле ниже температур магнитного упорядочения и свидетельствую-
щий о магнитном фазовом расслоении этих соединений при низких температурах. Оценен вклад ферро-
магнитной фазы в полную намагниченность соединений. Обнаружено, что замещение неодима ит-
трием приводит к увеличению содержания ферромагнитной фазы в допированном соединении
(Nd0,9Y0,1)2/3Ca1/3MnO3 по сравнению с исходным соединением Nd2/3Ca1/3MnO3. При этом ферромагнитная
фаза в допированном соединении характеризуется меньшей коэрцитивной силой Hс и более прямоугольной
петлей гистерезиса. Величина поля обменного сдвига HEB немонотонно зависит от магнитного поля охлаж-
дения Нcool, и в области достаточно больших полей Нcool > 5 кЭ примерно вдвое меньше для допированного
соединения. Такое различие определяется меньшей величиной обменного взаимодействия и большей вели-
чиной намагниченности насыщения ферромагнитной фазы в (Nd0,9Y0,1)2/3Ca1/3MnO3.
Виявлено обмінний зсув петель гістерезису у сполуках (Nd1–хYx)2/3Ca1/3MnO3 (x = 0; 0,1), що виникає при
охолодженні у магнітному полі нижче температур магнітного впорядкування та свідчить про магнітне фазове
розшарування цих сполук при низьких температурах. Оцінено внесок феромагнітної фази в повну
намагніченість сполук. Виявлено, що заміщення неодиму ітрієм призводить до збільшення змісту
феромагнітної фази у допованій сполуці (Nd0,9Y0,1)2/3Ca1/3MnO3 в порівнянні з базовою сполукою
Nd2/3Ca1/3MnO3. При цьому феромагнітна фаза в допованій сполуці характеризується меншою коерцитив-
ною силою Hс та більш прямокутною петлею гістерезису. Величина поля обмінного зсуву HEB немонотонно
залежить від магнітного поля охолодження Нcool, та в області досить великих полів Нcool > 5 кЕ приблизно
вдвічі менше для допованої сполуки. Така різниця обумовлена меншою величиною обмінної взаємодії та
більшою величиною намагніченості насичення феромагнітної фази в (Nd0,9Y0,1)2/3Ca1/3MnO3.
PACS: 64.75.Nx Фазовая сепарация и сегрегация в твердых растворах;
71.70.Gm Обменные взаимодействия;
75.60.Ej Кривые намагниченности, гистерезис, эффект Баркгаузена и связанные с ним;
75.47.Lx Магнитные оксиды.
Ключевые слова: гистерезис, кривые намагниченности, обменный сдвиг, фазовое расслоение.
© Е.Л. Фертман, А.В. Федорченко, А.В. Котляр, В.А. Десненко, E. Čižmár, A. Baran, D.D. Khalyavin, A.N. Salak, V.V. Shvartsman, A. Feher,
2015
Е.Л. Фертман и др.
1. Ведение
Обменное взаимодействие на границе между анти-
ферромагнитными (АФМ) и ферромагнитными (ФМ)
слоями в композиционных материалах приводит к до-
полнительной однонаправленной анизотропии намагни-
ченности, следствием которой является эффект обмен-
ного смещения (exchange bias, EB) [1–3]. Этот эффект
проявляется как сдвиг петель магнитного гистерезиса
вдоль оси магнитного поля, когда такой материал охла-
жден во внешнем магнитном поле ниже температур
магнитных упорядочений. Явление EB активно экспе-
риментально изучается в настоящее время с целью
практического применения в записывающих устройст-
вах, электронике и спинтронике. При этом основное
внимание уделяется искусственно создаваемым систе-
мам, таким как наночастицы, покрытые оболочкой, об-
менно-связанной с телом частицы [1,4], или тонкие
пленки, состоящие из обменно-связанных между собой
ФМ и АФМ слоев [2,5,6,7]. В материалах, которые яв-
ляются однофазными при высоких температурах и ста-
новятся спонтанно фазоворасслоенными при низких
температурах благодаря фазовым превращениям 1-го
рода, эффект обменного сдвига был обнаружен сравни-
тельно недавно. Среди таких соединений можно отме-
тить перовскитоподобные манганиты [8–13] и кобальти-
ты [14–17]. Так, было показано, что спонтанно фазово-
расслоенное соединение Pr2/3Ca1/3MnO3 представляет
собой антиферромагнитную матрицу с вкрапленными
ферромагнитными кластерами [8]. Обменное взаимо-
действие между ФМ областями и окружающей их АФМ
матрицей создает однонаправленную анизотропию и
приводит к эффекту обменного сдвига.
В качестве общего теоретического подхода к описа-
нию эффекта были разработаны теоретические модели
EB для АФМ монокристаллов с идеальными [18–20]
или неидеальными [21,22] границами. Позднее также
были предложены более сложные теоретические моде-
ли, которые применимы для описания EB в поликри-
сталлических АФМ–ФМ спонтанно фазоворасслоен-
ных образцах [23].
Манганиты (Nd1–хYx)2/3Ca1/3MnO3 (x = 0; 0,1) со
структурой перовскита, обладающие колоссальным маг-
ниторезистивным эффектом, так же, как и
Pr2/3Ca1/3MnO3, являются соединениями, для которых
спонтанное фазовое расслоение во многом определяет их
свойства [24,25]. Так, соединение Nd2/3Ca1/3MnO3, явля-
ясь однофазным и парамагнитным при высоких темпе-
ратурах, при низких температурах представляет собой
смесь АФМ и ФМ фаз. Мартенситный характер зарядо-
вого упорядочения в области Тсо ∼ 212 К приводит к
фазовому расслоению на зарядово-упорядоченную и
зарядово-неупорядоченную фазы; на базе этого элек-
тронного расслоения формируется магнитное фазовое
расслоение. Ниже комнатной температуры соединение
испытывает несколько последовательных магнитных
фазовых переходов, из которых два антиферромагнит-
ных при TN1 ~ 130 К и TN2 ~ 80 К и ферромагнитный
при TC ~ 70 К, что и приводит к основному состоянию,
представляющему собой АФМ зарядово-упорядочен-
ную матрицу с ФМ зарядово-неупорядоченными вклю-
чениями (рис. 1). По данным нейтронографии суммар-
ная доля АФМ фазы составляет примерно 82%, доля
ФМ фазы — примерно 18% при температуре 4 К [26].
Такое АФМ–ФМ фазово-расслоенное низкотемператур-
ное состояние подтверждается и исследованиями с по-
мощью сканирующей SQUID-микроскопии [27].
Наши предыдущие исследования обнаружили в со-
единении Nd2/3Ca1/3MnO3 явление ЕВ [13], которое тес-
но связано со спонтанным фазовым расслоением. Явле-
ние обменного сдвига немонотонно зависит от тем-
пературы и магнитного поля охлаждения, полностью
исчезая с исчезновением ФМ фазы при нагреве.
В настоящей работе мы продолжили исследования яв-
ления ЕВ в манганитах системы (Nd1–хYx)2/3Ca1/3MnO3
(x = 0; 0.1).
2. Эксперимент
Поликристаллические образцы (Nd1–хYx)2/3Ca1/3MnO3
(x = 0; 0,1) были получены стандартным методом твер-
дотельного спекания смеси порошков Nd2O3, Y2O3,
СaCO3 и Mn2O3, взятых в требуемой пропорции. После
предварительного отжига при 900 ºC смесь порошков
была спрессована в форму таблетки и запекалась при
1500 ºC на протяжении 10 часов. Затем таблетки мед-
ленно охлаждались в печи со скоростью 80 ºC в час.
Проведенный рентгеноструктурный анализ свидетель-
ствует об однофазности полученных образцов.
Нейтронографические исследования показали, что
при комнатной температуре кристаллическая структу-
Рис. 1. Магнитная фазовая диаграмма соединения
Nd2/3Ca1/3MnO3. Горизонтальные линии соответствуют темпе-
ратурам переходов между различными магнитными состоя-
ниями: ПМ — парамагнитная фаза, АФМ + ПМ — область
сосуществования антиферромагнитной и парамагнитной фаз и
АФМ + ФМ — область сосуществования антиферромагнитной
и ферромагнитной фаз соответственно.
1284 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2015, т. 41, № 12
Явление обменного сдвига в перовскитах (Nd1–хYx)2/3Ca1/3MnO3 (x = 0; 0,1)
ра обоих соединений является орторомбической (про-
странственная группа Pnma) [28], что хорошо согласу-
ется с данными работы [29].
Исследование магнитных характеристик проводи-
лись с помощью системы Quantum Design Magnetic
Properties Measurement System (MPMS), а также с ис-
пользованием некоммерческого SQUID-магнитометра
[30]. Петли магнитного гистерезиса были измерены
при температуре 10 К для исходного Nd2/3Ca1/3MnO3 и
допированного (Nd0,9Y0,1)2/3Ca1/3MnO3 соединений,
охлажденных в нулевом магнитном поле (zero field
cooling, ZFC) и в магнитных полях (field cooling, FC)
Hcool = 0,5, 0,8, 1, 2, 5, 10 и 20 кЭ. В отличие от наших
более ранних исследований [13], где петли магнитного
гистерезиса M(H) измеряли между ± Hcool, в настоящей
работе они были измерены между ± 20 кЭ. После каж-
дого измерения гистерезисных петель исследуемый
образец нагревали до 320 К и выдерживали при этой
температуре в течение 0,5 часа.
3. Результаты и обсуждение
Принимая во внимание магнитно фазово-расслоенное
состояние соединений (Nd1–хYx)2/3Ca1/3MnO3 (x = 0; 0,1)
при низких температурах, которые представляют собой
антиферромагнитную матрицу с вкрапленными ферро-
магнитными включениями, следует ожидать обменное
взаимодействие на границах раздела сосуществующих
АФМ и ФМ фаз, которое проявляется как эффект EB.
Было обнаружено, что все петли гистерезиса M(H) обоих
исследованных соединений, измеренные после охлажде-
ния в нулевом магнитном поле (ZFC), симметричны от-
носительно начала координат, в то время как петли, из-
меренные после охлаждения образцов в магнитном поле,
смещены в сторону отрицательных значений магнитного
поля (рис. 2, рис. 3).
В полях выше Н ~ 7 кЭ петли гистерезиса обоих со-
единений «схлопнуты», а полный магнитный момент
M практически линейно зависит от магнитного поля,
что согласуется с данными работы [31]. Это свидетель-
ствует о том, что в полях выше 7 кЭ намагниченность
ФМ фазы достигла насыщения, в то время как намаг-
ниченность АФМ фазы продолжает увеличиваться.
Поскольку магнитный момент АФМ фазы MAFM ли-
нейно зависит от поля, то можно выделить магнитный
вклад ФМ фазы MАFM в общую намагниченность, вы-
читая из нее АФМ вклад:
– – ( / )FM AFMM M M M dM dH H= = , (1)
где значение производной dM/dH вычисляется на ли-
нейном участке зависимости M(H), т.е. в высоких полях.
На рис. 4(а) представлены петли гистерезиса, харак-
теризующие ферромагнитные фазы в обоих исследуе-
мых соединениях (АФМ вклад вычтен). Намагничен-
ность насыщения ферромагнитной фазы Ms-FM в допи-
рованном соединении (Nd0,9Y0,1)2/3Ca1/3MnO3 при-
мерно в два раза больше по сравнению с исходным
соединением Nd2/3Ca1/3MnO3, ∼ 42 и 19 эме/г соответ-
ственно. Допирование иттрием приводит к резкому
увеличению ФМ фазы в системе. При этом ферромаг-
нитная фаза в допированном соединении является бо-
лее магнитомягкой, о чем свидетельствует меньшая
величина коэрцитивной силы Hс (вставка к рис. 4(а),
рис. 5(б)) и более прямоугольная форма петли гистере-
зиса (рис. 4(б)).
Охлаждение в магнитном поле (FC процесс) инду-
цирует сдвиг петель магнитного гистерезиса. Поле об-
менного сдвига HEB и коэрцитивная сила Hс были оп-
ределены как
1 2( )/2EBH H H= + , (2)
2 1( )/2cH H H= − , (3)
Рис. 2. (Онлайн в цвете) Петли магнитного гистерезиса соеди-
нений Nd2/3Ca1/3MnO3 (а) и (Nd0,9Y0,1)2/3Ca1/3MnO3 (б), изме-
ренные при температуре 10 К после охлаждения в нулевом
магнитном поле (ZFC) и в магнитном поле Нcool = 20 кЭ (FC).
На вставках изображены увеличенные фрагменты центральных
областей петель гистерезиса.
–20 –10 0 10 20
–60
–40
–20
0
20
40
60
–20
0
20–1 0 1
–20 –10 0 10 20
–40
0
20
40
–1 0 1
Hcool = 20 кЭ
M
, э
ме
/г
M
, э
ме
/г
10
0
–10
ZFC
FС
(а)
(б)
H, кЭ
H, кЭ
–20
(Nd Ca MnO0,9 1/3 3Y )0,1 2/3
T = 10 К
H, кЭ
M
, э
ме
/г
M
, э
ме
/г
ZFC
FС
Nd Ca MnO2/3 1/3 3
Hcool = 20 кЭ
T = 10 К
H, кЭ
Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2015, т. 41, № 12 1285
Е.Л. Фертман и др.
где H1 и H2 — значения магнитных полей, при кото-
рых намагниченность обращается в нуль (рис. 4(а),
вставка). Так, в образце (Nd0,9Y0,1)2/3Ca1/3MnO3, охла-
жденном до 10 К во внешнем магнитном поле
Hcool = 5 кЭ, магнитный момент ФМ фазы изменяет
знак при H1 ∼ – 0,853 кЭ. В случае восходящей ветви
петли гистерезиса магнитный момент ФМ фазы изме-
няет знак при H2 ∼ 0,448 кЭ. Подставляя эти данные в
выражения (2) и (3), получаем значения поля обменно-
го сдвига HEB ∼ – 0,202 кЭ и коэрцитивную силу
Hc ∼ 0,650 кЭ. Обменный сдвиг свидетельствует о на-
личии однонаправленных анизотропных обменных
взаимодействий, которые разворачивают магнитные
моменты ФМ кластеров к их первоначальному направ-
лению, когда магнитное поле выключают.
На рис. 5 представлена эволюция эффекта обменного
смещения в зависимости от магнитного поля охлажде-
ния. Поле обменного сдвига HEB, как и коэрцитивная
сила Hc, немонотонно зависят от магнитного поля ох-
лаждения Hcool. Полученные значения коэрцитивной
силы оказались значительно выше для исходного со-
единения Nd2/3Ca1/3MnO3 (примерно на 15%), что гово-
рит о большей магнитной жесткости ФМ фазы в этом
соединении. В низких магнитных полях, Hcool < 2 кЭ,
эффект обменного смещения резко возрастает с увели-
чением поля охлаждения, что характерно для обоих ис-
следованных соединений (рис. 5). Это связано с тем, что
в низких магнитных полях не все ФМ кластеры участ-
вуют в формировании ЕВ, поскольку поле анизотропии
некоторых ФМ частиц больше, чем внешнее магнитное
поле, стремящееся развернуть эти частицы. С увеличе-
нием магнитного поля все большее количество ФМ кла-
стеров принимает участие в формировании эффекта ЕВ,
что приводит к его резкому росту. В достаточно боль-
ших магнитных полях, Hcool > 5 кЭ, зависимость
HEB (Hcool) выходит на «квази» насыщение, при этом
поле обменного сдвига HEB примерно в два раза больше
в родительском соединении Nd2/3Ca1/3MnO3, по сравне-
нию с допированным (Nd0,9Y0,1)2/3Ca1/3MnO3.
Известно, что эффект обменного сдвига пропор-
ционален обменному интегралу Jex и обратно пропор-
ционален намагниченности насыщения ферромагнит-
ной фазы Ms-FM [18]:
ex~ /EB s FMH J M − . (4)
Поэтому наблюдаемое различие в величине эффекта
обменного сдвига для изучаемых соединений можно
связать с меньшей величиной обменного взаимодействия
и большей величиной намагниченности ФМ фазы в до-
пированном (Nd0,9Y0,1)2/3Ca1/3MnO3. Это хорошо согла-
суется с тем, что температуры всех магнитных фазовых
переходов в допированном иттрием соединении смеще-
ны в сторону низких температур на ∼ 20–30 К, по срав-
нению с родительским соединением [32], что свидетель-
ствует о меньшей величине обмена Jex в допированном
Рис. 3. (Онлайн в цвете) Петли магнитного гистерезиса со-
единения (Nd0,9Y0,1)2/3Ca1/3MnO3, измеренные при темпера-
туре 10 К после охлаждения в магнитных полях Hcool = 0,5,
0,8, 1, 2, 5, 10 и 20 кЭ.
Рис. 4. (Онлайн в цвете) Вклад ферромагнитной фазы в полную
намагниченность соединений (Nd1–хYx)2/3Ca1/3MnO3 (x = 0;
0,1), охлажденных в магнитных полях Нcool = 20 кЭ, при темпе-
ратуре 10 К (а). Ферромагнитные вклады нормированы на на-
магниченность насыщения Ms-FM ферромагнитной фазы (б). На
вставках изображен увеличенный фрагмент центральной об-
ласти петель гистерезиса.
–20 –10 0 10 20
–40
–20
0
20
40
–20
0
20–2 –1 0 1 2
H2
–20 –10 0 10 20
–1,0
–0,5
0
0,5
1,0
–0,2
0
0,2
Hcool = 20 кЭ
M
FM
, э
ме
/г
H, кЭ
(Nd Ca MnO0,9 1/3 3Y )0,1 2/3
T = 10 К
H, кЭ
M
/M
FM
s-
FM
, э
ме
/г
–1 0 1
Hcool = 20 кЭ
H, кЭ
Nd Ca MnO2/3 1/3 3
T = 10 К
H, кЭ
M
FM
, э
ме
/г
M
/M
FM
s-
FM
, э
ме
/г
(Nd Ca MnO0,9 1/3 3Y0,1 2/3)
Nd Ca MnO2/3 1/3 3
(а)
(б)
H1
H2H1
1286 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2015, т. 41, № 12
Явление обменного сдвига в перовскитах (Nd1–хYx)2/3Ca1/3MnO3 (x = 0; 0,1)
соединении. Как было показано выше, намагниченность
насыщения ФМ фазы Ms-FM в нем также значительно
больше. Поэтому величина HEB должна быть меньше в
допированном соединении, что согласуется с экспери-
ментом (рис. 5(а)).
Также нельзя исключить влияние различной пло-
щади интерфейса АФМ–ФМ на эффект обменного
смещения вследствие различной величины и формы
ФМ включений в двух исследуемых соединениях. Так,
увеличение размеров включений при одинаковом со-
держании ферромагнитной фазы должно было бы при-
вести к уменьшению площади интерфейса и соответст-
венному уменьшению эффекта ЕВ. Однако в изу-
чаемых соединениях присутствует разное содержание
ферромагнитной фазы, а оценка формы и дисперсности
ферромагнитных кластеров выходит за рамки настоя-
щей работы. Тем не менее, исходя из меньшей величи-
ны HEB в допированном соединении, можно заклю-
чить, что суммарное влияние геометрических факторов
меньше, чем влияние Jex и Ms-FM.
4. Выводы
Обнаружен обменный сдвиг петель гистерезиса в со-
единениях (Nd1–хYx)2/3Ca1/3MnO3 (x = 0; 0,1), возни-
кающий при охлаждении в магнитном поле ниже тем-
ператур магнитных упорядочений и свидетельству-
ющий о магнитном АФМ–ФМ фазовом расслоении этих
соединений при низких температурах. Исследована за-
висимость поля обменного сдвига от магнитного поля
охлаждения этих соединений, находящихся в фазово-
расслоенном АФМ–ФМ состоянии, в магнитных полях
до 20 кЭ. Выделен вклад ФМ фаз в полную намагни-
ченность исследуемых соединений. Обнаружено, что
намагниченность насыщения ферромагнитной фазы в
допированном соединении (Nd0,9Y0,1)2/3Ca1/3MnO3 при-
мерно в два раза больше, по сравнению с исходным
Nd2/3Ca1/3MnO3, что позволяет сделать заключение о
большем количестве ФМ фазы в первом. При этом фер-
ромагнитная фаза в (Nd0,9Y0,1)2/3Ca1/3MnO3 является
более магнитомягкой, о чем свидетельствует меньшая
величина коэрцитивной силы Hс и более прямоугольная
форма петли гистерезиса. Обнаружено также, что вели-
чина поля обменного сдвига HEB, немонотонно завися-
щего от магнитного поля охлаждения Hcool, в области
достаточно больших полей Нcool > 5 кЭ примерно вдвое
меньше для допированного соединения. Такое различие
определяется меньшей величиной обменного взаимо-
действия и большей величиной намагниченности насы-
щения ФМ фазы в (Nd0,9Y0,1)2/3Ca1/3MnO3.
Настоящая работа была поддержана проектом
TUMOCS. Этот проект финансируется Европейской
Комиссией в рамках программы HORIZON-2020 фонда
Марии Склодовской-Кюри, грант № 645660. Автор А.В.
Федорченко благодарит за финансовую поддержку Сло-
вацкое академическое информационное агентство
(SAIA), которое в рамках Национальной стипендиаль-
ной программы (NSP) Словацкой Республики поддер-
жало данное исследование (грант № 12509). Авторы
благодарны также поддержке Словацкого агентства в
рамках проектов VEGA 1/0145/3 и APVV-0132-11.
Авторы благодарны академику НАН Украины Н.Ф.
Харченко за помощь и плодотворное обсуждение ре-
зультатов исследования.
1. W.H. Meiklejohn and C.P. Bean, Phys. Rev. B 102, 1413
(1956).
2. J. Nogués and I.K. Schuller, J. Magn. Magn. Mater. 192, 203
(1999).
3. S. Giri, M. Patra, and S. Majumdar, J. Phys.: Condens.
Matter. 23, 073201 (2011).
4. V. Skumryev, S. Stoyanov, Y. Zhang, G. Hadjipanayis,
D. Givord, and J. Nogués, Nature (London) 423, 850 (2003).
5. К. O'Grady, L.E. Fernandez-Outon, and G. Vallejo-
Fernandez, J. Magn. Magn. Mater. 322, 883 (2010).
6. J.F. Ding, Y.F. Tian, W.J. Hu, W.N. Lin, and T. Wu, Appl.
Phys. Lett. 102, 032401 (2013).
Рис. 5. Зависимость поля обменного сдвига HEB (а) и коэр-
цитивной силы Hс (б) от магнитного поля охлаждения Нcool
для соединений (Nd1–хYx)2/3Ca1/3MnO3 (x = 0; 0,1) при тем-
пературе 10 К.
0 5 10 15 20
–300
–200
–100
0
0 5 10 15 20
600
650
700
750
800
Hcool, кЭ
H
EB
, Э
(Nd Ca MnO0,9 1/3 3Y )0,1 2/3
Nd Ca MnO2/3 1/3 3
(а)
(б)
Nd Ca MnO2/3 1/3 3
(Nd Ca MnO0,9 1/3 3Y )0,1 2/3
Hcool, кЭ
H
c,
кЭ
Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2015, т. 41, № 12 1287
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRev.102.1413
http://dx.doi.org/10.1016/S0304-8853(98)00266-2
http://arxiv.org/find/cond-mat/1/au:+Giri_S/0/1/0/all/0/1
http://arxiv.org/find/cond-mat/1/au:+Patra_M/0/1/0/all/0/1
http://arxiv.org/find/cond-mat/1/au:+Majumdar_S/0/1/0/all/0/1
http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/23/7/073201
http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/23/7/073201
http://dx.doi.org/10.1038/nature01687
http://dx.doi.org/10.1016/j.jmmm.2009.12.011
http://dx.doi.org/10.1063/1.4788719
http://dx.doi.org/10.1063/1.4788719
Е.Л. Фертман и др.
7. J.F. Ding, O.I. Lebedev, S. Turner, Y.F. Tian, W.J. Hu,
J.W. Seo, C. Panagopoulos, W. Prellier, G. Van Tendeloo,
and T. Wu, Phys. Rev. B 87, 054428 (2013).
8. D. Niebieskikwiat and M.B. Salamon, Phys. Rev. B 72, 174422
(2005).
9. T. Qian, G. Li, T. Zhang, T.F. Zhou, X.Q. Xiang, X.W.
Kang, and X.G. Li, Appl. Phys. Lett. 90, 012503 (2007).
10. Shilpi Karmakar, S. Taran, Esa Bose, B.K. Chaudhuri, C.P.
Sun, C.L. Huang, and H.D. Yang, Phys. Rev. B 77, 144409
(2008).
11. T. Zhang and M. Dressel, Phys. Rev. B 80, 014435 (2009).
12. A. Feher, V. Desnenko, E. Fertman, S. Dolya,
M. Kajňaková, and A. Beznosov, Fiz. Nizk. Temp. 38, 828
(2012) [Low Temp. Phys. 38, 657 (2012)].
13. E. Fertman, S. Dolya, V. Desnenko, L.A. Pozhar,
M. Kajňaková, and A. Feher, J. Appl. Phys. 115, 203906
(2014).
14. Yan-kun Tang, Young Sun, and Zhao-hua Cheng, J. Appl.
Phys. 100, 023914 (2006).
15. Yan-kun Tang, Young Sun, and Zhao-hua Cheng, Phys.
Rev. B 73, 174419 (2006).
16. M. Patra, S. Majumdar, and S. Giri, J. Appl. Phys. 107,
033912 (2010).
17. R. Pradheesh, S. Nair Harikrishnan, V. Sankaranarayanan,
and K. Sethupathi, Appl. Phys. Lett. 101, 142401 (2012).
18. W.H. Meiklejohn, J. Appl. Phys. 33, 1328 (1962).
19. D. Mauri, E. Kay, D. Scholl, and J.K. Howard, J. Appl. Phys.
62, 3047 (1987).
20. A.G. Grechnev, A.S. Kovalev, and M.L. Pankratova, Fiz.
Nizk. Temp. 38, 1184 (2012) [Low Temp. Phys. 38, 937
(2012)].
21. A. Kovalev and M. Pankratova, Superlatt. Microstruct. 73,
275 (2014).
22. A.P. Malozemoff, J. Appl. Phys. 63, 3874 (1988).
23. M.D. Stiles and R.D. McMichael, Phys. Rev. B 59, 3722
(1999).
24. А.Б. Безносов, Е.Л. Фертман, В.А. Десненко, ФНТ 34,
790 (2008) [Low Temp. Phys. 34, 624 (2008)].
25. E. Fertman, S. Dolya, V. Desnenko, A. Beznosov,
M. Kajňaková, and A. Feher, J. Magn. Magn. Mater. 324,
3213 (2012).
26. A. Beznosov, E. Fertman, V. Desnenko, M. Kajňaková, and
A. Feher, J. Magn. Magn. Mater. 323, 2380 (2011).
27. X.-J. Fan, H. Koinuma, and T. Hasegawa, Phys. Rev. B 65,
144401 (2002).
28. E. Fertman, D. Sheptyakov, A. Beznosov, V. Desnenko, and
D. Khalyavin, J. Magn. Magn. Mater. 293, 787 (2005).
29. K. Liu, X.W. Wu, K.H. Ahn, T. Sulchek, C.L. Chien, and
John Q. Xiao, Phys. Rev. B 54, 3007 (1996-I).
30. А.В. Федорченко, В.Ю. Ляхно, В.И. Шнырков, ВАНТ,
№ 1, 150 (2010).
31. R.-M. Thomas, V. Skumryev, J.M.D. Coey, and S. Wirth, J.
Appl. Phys. 85, 5384 (1999).
32. E. Fertman, A. Beznosov, D. Sheptyakov, V. Desnenko, M.
Kajnakova, A. Feher, and D. Khalyavin, J. Magn. Magn. Mater.
321, 316 (2009).
Exchange bias phenomenon in
(Nd1–хYx)2/3Ca1/3MnO3 (x = 0; 0.1) perovskites
Е.L. Fertman, А.V. Fedorchenko, O.V. Kotlyar,
V.O. Desnenko, E. Čižmár, A. Baran, D.D. Khalyavin,
A.N. Salak, V.V. Shvartsman, and A. Feher
Exchange bias phenomenon evident of antiferro-
magnetic–ferromagnetic phase segregated state has
been observed in (Nd1–хYx)2/3Ca1/3MnO3 (x = 0; 0.1)
compounds at low temperatures. A contribution to the
total magnetization of the compounds due to the fer-
romagnetic phase has been evaluated. It has been
found that yttrium doping leads to the growth of the
ferromagnetic phase fraction. The ferromagnetic phase
in the doped compound has a lower coercivity Hc and
more rectangular form of the hysteresis loop. The val-
ues of the exchange bias field HEB and coercivity are
found to be strongly dependent on the cooling magnet-
ic field Нcool. In sufficiently high magnetic fields,
Нcool > 5 kOe, the HEB value is approximately twice in
the doped compound than in the parent compound.
This difference is attributed to the lower exchange in-
teraction and the higher saturation magnetization of
the ferromagnetic phase in (Nd0.9Y0.1)2/3Ca1/3MnO3.
PACS: 64.75.Nx Phase separation and segregation in
solid solutions;
71.70.Gm Exchange interactions;
75.60.Ej Magnetization curves, hysteresis,
Barkhausen and related effects;
75.47.Lx Magnetic oxides.
Keywords: hysteresis, magnetization curves, exchange
bias, phase segregated state.
1288 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2015, т. 41, № 12
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.87.054428
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.72.174422
http://dx.doi.org/10.1063/1.2426887
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.77.144409
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.80.014435
http://dx.doi.org/10.1063/1.4736614
http://dx.doi.org/10.1063/1.4736614
http://dx.doi.org/10.1063/1.4879416
http://dx.doi.org/10.1063/1.2219698
http://dx.doi.org/10.1063/1.2219698
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.73.174419
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.73.174419
http://dx.doi.org/10.1063/1.3298469
http://dx.doi.org/10.1063/1.4756792
http://dx.doi.org/10.1063/1.1728716
http://dx.doi.org/10.1063/1.339367
http://dx.doi.org/10.1063/1.4758774
http://dx.doi.org/10.1063/1.4758774
http://dx.doi.org/10.1063/1.4758774
http://dx.doi.org/10.1016/j.spmi.2014.05.034
http://dx.doi.org/10.1063/1.340591
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.59.3722
http://dx.doi.org/10.1063/1.2967506
http://dx.doi.org/10.1063/1.2967506
http://dx.doi.org/10.1016/j.jmmm.2012.05.043
http://dx.doi.org/10.1016/j.jmmm.2011.05.001
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.65.144401
http://dx.doi.org/10.1016/j.jmmm.2004.12.001
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.54.3007
http://dx.doi.org/10.1063/1.369985
http://dx.doi.org/10.1063/1.369985
http://dx.doi.org/10.1016/j.jmmm.2008.09.006
1. Ведение
2. Эксперимент
3. Результаты и обсуждение
4. Выводы
|