Магнитная фазовая диаграмма системы манганитов Nd₀,₆Ca₀,₄(Mn₁₋xCrx)O₃
В системе Nd₀,₆Ca₀,₄(Mn₁₋xCrx)O₃ обнаружена следующая последовательность фазовых превращений: антиферромагнетик (x=0), смешанное магнитное состояние(0,015⩽x⩽0,04); ферримагнетик (0,04⩽x⩽0,8) и спиновое стекло (x=1). Вблизи концентрации хрома x~0,5 температура Нееля резко увеличивается и вклад от Nd-...
Saved in:
| Published in: | Физика низких температур |
|---|---|
| Date: | 2002 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2002
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130145 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Магнитная фазовая диаграмма системы манганитов Nd₀,₆Ca₀,₄(Mn₁₋xCrx)O₃ / И.О. Троянчук, М.В. Бушинский, В.В. Еременко, В.А. Сиренко, Г.Шимчак // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 1. — С. 61-65. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860239618634416128 |
|---|---|
| author | Троянчук, И.О. Бушинский, М.В. Еременко, В.В. Сиренко, В.А. Шимчак, Г. |
| author_facet | Троянчук, И.О. Бушинский, М.В. Еременко, В.В. Сиренко, В.А. Шимчак, Г. |
| citation_txt | Магнитная фазовая диаграмма системы манганитов Nd₀,₆Ca₀,₄(Mn₁₋xCrx)O₃ / И.О. Троянчук, М.В. Бушинский, В.В. Еременко, В.А. Сиренко, Г.Шимчак // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 1. — С. 61-65. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика низких температур |
| description | В системе Nd₀,₆Ca₀,₄(Mn₁₋xCrx)O₃ обнаружена следующая последовательность фазовых превращений: антиферромагнетик (x=0), смешанное магнитное состояние(0,015⩽x⩽0,04); ферримагнетик (0,04⩽x⩽0,8) и спиновое стекло (x=1). Вблизи концентрации хрома x~0,5 температура Нееля резко увеличивается и вклад от Nd-подрешетки существенно возрастает. Учитывая тенденцию ионов хрома имарганца к упорядочению, полученные данные можно интерпретировать в рамках модели сверхобменных взаимодействий.
The following sequence of phase transformations is observed in the Nd₀,₆Ca₀,₄(Mn₁₋xCrx)O₃ system: antiferromagnet (x=0), mixed magnetic state (0.015⩽x⩽0.04), ferrimagnet (0.04⩽x⩽0.8), and spin glass (x=1). At chromium concentrations near x∼0.5 the Néel temperature increases sharply, and the contribution from the Nd sublattice increases substantially. Since the chromium and manganese ions have a tendency to order, these results can be interpreted in a model of superexchange interactions.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:28:33Z |
| format | Article |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 1, c. 61–65Òðîÿí÷óê È. Î., Áóøèíñêèé Ì. Â., Ñèðåíêî Â. À., Åðåìåíêî Â. Â., Øèì÷àê Ã.Ìàãíèòíàÿ ôàçîâàÿ äèàãðàììà ñèñòåìû ìàíãàíèòîâ Nd0,6Ca0,4(Mn1–xCrx)O3Troyanchuk I. O., Bushinsky M. V., Sirenko V. A., Eremenko V. V., and Szymczak H.The magnetic phase diagram of Nd0,6Ca0,4(Mn1−xCrx)O3 manganites
Ìàãíèòíàÿ ôàçîâàÿ äèàãðàììà ñèñòåìû
ìàíãàíèòîâ Nd0,6Ca0,4(Mn1–xCrx)O3
È. Î. Òðîÿí÷óê, Ì. Â. Áóøèíñêèé
Èíñòèòóò ôèçèêè òâåðäîãî òåëà è ïîëóïðîâîäíèêîâ ÍÀÍ Áåëàðóñè, óë. Ï. Áðîâêè, 17,
Ìèíñê, 220072, Áåëàðóñü
Â. Â. Åðåìåíêî, Â. À. Ñèðåíêî
Ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé èíñòèòóò íèçêèõ òåìïåpàòóp èì. Á. È. Âåpêèíà ÍÀÍ Óêpàèíû,
ïp. Ëåíèíà, 47, ã. Õàpüêîâ, 61103, Óêpàèíà
E-mail: sirenko@ilt.kharkov.ua
Ã. Øèì÷àê
Institute of Physics Polish Academy of Sciences, Al. Lotnikov, 32/46, Warsaw, 02-688 Poland
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â påäàêöèþ 31 àâãóñòà 2001 ã.
 ñèñòåìå Nd0,6Ca0,4(Mn1−xCrx)O3 îáíàðóæåíà ñëåäóþùàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ôàçîâûõ
ïðåâðàùåíèé: àíòèôåððîìàãíåòèê (x = 0), ñìåøàííîå ìàãíèòíîå ñîñòîÿíèå (0,015 ≤
≤ x ≤ 0,04); ôåððèìàãíåòèê (0,04 ≤ x ≤ 0,8) è ñïèíîâîå ñòåêëî (x = 1). Âáëèçè êîíöåíòðà-
öèè õðîìà x ∼ 0,5 òåìïåðàòóðà Íååëÿ ðåçêî óâåëè÷èâàåòñÿ è âêëàä îò Nd-ïîäðåøåòêè
ñóùåñòâåííî âîçðàñòàåò. Ó÷èòûâàÿ òåíäåíöèþ èîíîâ õðîìà è ìàðãàíöà ê óïîðÿäî÷å-
íèþ, ïîëó÷åííûå äàííûå ìîæíî èíòåðïðåòèðîâàòü â ðàìêàõ ìîäåëè ñâåðõîáìåííûõ âçàè-
ìîäåéñòâèé.
Ó ñèñòåìi Nd0,6Ca0,4(Mn1−xCrx)O3 âèÿâëåíî òàêó ïîñëiäîâíiñòü ôàçîâèõ ïåðåòâîðåíü:
àíòèôåðîìàãíåòèê (x = 0), çìiøàíèé ìàãíiòíèé ñòàí (0,015 ≤ x ≤ 0,04), ôåðèìàãíåòèê
(0,04 ≤ x ≤ 0,8) òà ñïiíîâå ñêëî (x = 1). Ïîáëèçó âiä êîíöåíòðàöi¿ õðîìó x ∼ 0,5 òåìïåðà-
òóðà Íåºëÿ ðiçêî çáiëüøóºòüñÿ i âêëàä âiä Nd-ïiäãðàòêè ñóòòºâî çðîñòàº. Óðàõîâóþ÷è
òåíäåíöiþ iîíiâ õðîìó òà ìàðãàíöþ äî óïîðÿäêóâàííÿ, îäåðæàíi äàíi ìîæíà iíòåïðåòóâàòè
ó ðàìêàõ ìîäåëi íàäîáìiííèõ âçàºìîäié.
PACS: 72.15.GD, 75.30.Kz, 75.70.Pa
Ââåäåíèå
 íàñòîÿùåå âðåìÿ èìååòñÿ ðÿä ðàáîò ïî èçó÷å-
íèþ ìàíãàíèòîâ, â êîòîðûõ èîíû ìàðãàíöà çàìå-
ùåíû èîíàìè Fe, Al, Cr, Ru, Ti, Mo, Cu, Sn, Co,
Ni è ò.ä. [1–4]. Â çàâèñèìîñòè îò îñíîâíîãî ñîñòî-
ÿíèÿ áàçèñíîãî ñîåäèíåíèÿ ýòè çàìåùåíèÿ äåéñò-
âóþò ðàçëè÷íî. Äëÿ çàðÿäîâîóïîðÿäî÷åííûõ
àíòèôåððîìàãíåòèêîâ çàìåùåíèå íåáîëüøîé ÷àñ-
òè èîíîâ ìàðãàíöà íà äðóãèå èîíû âåäåò ê ñòàáè-
ëèçàöèè ôåððîìàãíèòíîé ôàçû. Íàèáîëåå ÷åòêî
ýòîò ýôôåêò âûÿâëåí â ñëó÷àå çàìåùåíèÿ èîíîâ
ìàðãàíöà èîíàìè õðîìà è ðóòåíèÿ [5–7]. Ñòàáè-
ëèçàöèÿ ôåððîìàãíèòíîãî ñîñòîÿíèÿ âåäåò ê ïîÿâ-
ëåíèþ ìåòàëëîïîäîáíûõ ñâîéñòâ è ýôôåêòó êî-
ëîññàëüíîãî ìàãíèòîñîïðîòèâëåíèÿ. Ìåõàíèçì
âîçäåéñòâèÿ ðàçíûõ çàìåùåíèé íà îñíîâíîå ìàã-
íèòíîå ñîñòîÿíèå ÿâëÿåòñÿ ïðåäìåòîì äèñêóññèè.
Íåêîòîðûå àâòîðû ïðåäïîëàãàþò, ÷òî äâîéíîé îá-
ìåí ìîæåò îñóùåñòâëÿòüñÿ ÷åðåç Mn3+–O–Cr3+
êîíôèãóðàöèþ, åñëè ðàçíèöà ýíåðãèè ìåæäó
Mn3+ eg-çîíû è Cr3+ eg-çîíû íå ñëèøêîì âåëè-
êà [8].  äðóãîì ïîäõîäå ñ÷èòàåòñÿ, ÷òî èîíû
Cr3+ ÿâëÿþòñÿ ñòàáèëüíûìè è eg-ïîäîáíûå ýëåê-
òðîíû ïðîâîäèìîñòè íå ìîãóò ïåðåìåùàòüñÿ ÷åðåç
ïîçèöèþ õðîìà, ïîýòîìó èîíû õðîìà ìîãóò ñîçäà-
âàòü òîëüêî äåôèöèò â îðáèòàëüíîé ïîäñèñòåìå
[9]. Â ýòîì ïîäõîäå èîíû õðîìà ÿâëÿþòñÿ èñòî÷-
© È. Î. Òðîÿí÷óê, Ì. Â. Áóøèíñêèé, Â. Â. Åðåìåíêî, Â. À. Ñèðåíêî, Ã. Øèì÷àê, 2002
íèêîì ñëó÷àéíûõ ïîëåé, ðàçðóøàþùèõ îðáèòàëü-
íîå è çàðÿäîâîå óïîðÿäî÷åíèå. Îäíàêî äèàìàã-
íèòíûå èîíû Al3+ è Ti4+ âîçäåéñòâóþò ãîðàçäî
ñëàáåå íà îñíîâíîå ñîñòîÿíèå ìàíãàíèòîâ, ÷åì
èîíû õðîìà. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî â ëèòåðàòóðå
îòñóòñòâóåò êîìïëåêñíîå èçó÷åíèå ñèñòåì, â êîòî-
ðûõ ìàðãàíåö çàìåùåí äðóãèìè èîíàìè â áîëüøîì
êîíöåíòðàöèîííîì èíòåðâàëå (0 ≤ x ≤ 1). Ýòî çà-
òðóäíÿåò èíòåðïðåòàöèþ ðåçóëüòàòîâ. Öåëüþ íàñòî-
ÿùåé ðàáîòû ÿâëÿåòñÿ ïîñòðîåíèå ìàãíèòíîé ôàçî-
âîé äèàãðàììû ñèñòåìû Nd0,6Ca0,4(Mn1−xCrx)O3 ,
â êîòîðîé ñîäåðæàíèå õðîìà ìåíÿåòñÿ â øèðîêèõ
ïðåäåëàõ.  êà÷åñòâå áàçîâîãî áûëî âûáðàíî
ñîåäèíåíèå Nd0,6Ca0,4MnO3 , êîòîðîå ÿâëÿåòñÿ
çàðÿäîâîóïîðÿäî÷åííûì àíòèôåððîìàãíåòèêîì.
Ðàíåå áûëî ïîêàçàíî, ÷òî áîëüøîå âíåøíåå ìàã-
íèòíîå ïîëå èíäóöèðóåò ìåòàìàãíèòíûé ïåðåõîä
â ôåððîìàãíèòíîå ìåòàëëè÷åñêîå ñîñòîÿíèå [8].
Ìåòîäèêà ýêñïåðèìåíòà
Îáðàçöû ñåðèè Nd0,6Ca0,4(Mn1−xCrx)O3 ñèíòå-
çèðîâàëèñü ïî îáû÷íîé êåðàìè÷åñêîé òåõíîëîãèè
èç ïðîñòûõ îêñèäîâ è êàðáîíàòîâ íà âîçäóõå ïðè
1550 °C. ×òîáû ìèíèìèçèðîâàòü îòêëîíåíèå îò
ñòåõèîìåòðèè, îáðàçöû ìåäëåííî îõëàæäàëèñü ñî
ñêîðîñòüþ 50 °C/÷. Ðåíòãåíîôàçîâûé àíàëèç,
ïðîâåäåííûé íà àïïàðàòå ÄÐÎÍ-3 â Cr Kα-èç-
ëó÷åíèè, íå âûÿâèë ñëåäîâ ïîñòîðîííèõ ôàç.
Îáðàçöû Nd0,6Ca0,4(Mn1−xCrx)O3 èìåëè îðòîðîì-
áè÷åñêè èñêàæåííóþ ýëåìåíòàðíóþ ÿ÷åéêó. Ìàã-
íèòíûå èçìåðåíèÿ áûëè âûïîëíåíû íà ìàãíè-
òîìåòðå Foner. Ýëåêòðîïðîâîäíîñòü èçìåðÿëàñü
îáû÷íûì ÷åòûðåõêîíòàêòíûì ìåòîäîì. Êîíòàêòû
ôîðìèðîâàëèñü ïóòåì óëüòðàçâóêîâîãî íàíåñåíèÿ
èíäèÿ.
Ðåçóëüòàòû è îáñóæäåíèå
Íà ðèñ. 1 ïðåäñòàâëåíû çàâèñèìîñòè íàìàã-
íè÷åííîñòè îò òåìïåðàòóðû äëÿ ñèñòåìû
Nd0,6Ca0,4(Mn1−xCrx)O3 , ïîëó÷åííûå â ïîëå
14 êÝ.  ýòîé ñèñòåìå ìàëûå çàìåùåíèÿ èîíîâ
ìàðãàíöà èîíàìè õðîìà ïðèâîäÿò ê ðåçêîìó èçìå-
íåíèþ îñíîâíîãî ìàãíèòíîãî ñîñòîÿíèÿ. Îáðàçöû
ñ 0 < x < 0,04 âåäóò ñåáÿ êàê ìåòàìàãíèòíûå ìà-
òåðèàëû. Êðèòè÷åñêèå ïîëÿ, èíäóöèðóþùèå ïåðå-
õîä, ðåçêî óìåíüøàþòñÿ ñ ðîñòîì êîíöåíòðàöèè
õðîìà. Ñïîíòàííûé ìîìåíò ïîÿâëÿåòñÿ â îáðàçöå
ñ x = 0,015. Ñïîíòàííàÿ íàìàãíè÷åííîñòü îáðàç-
öîâ c 0,04 ≤ x ≤ 0,42 ñîîòâåòñòâóåò ìàãíèòíîìó
ñîñòîÿíèþ, ïðè êîòîðîì ðåàëèçóåòñÿ àíòèïàðàë-
ëåëüíîå óïîðÿäî÷åíèå ìàãíèòíûõ ìîìåíòîâ èîíîâ
ìàðãàíöà è õðîìà. Íà ðèñ. 2 ïðåäñòàâëåíû çàâè-
ñèìîñòè FC-íàìàãíè÷åííîñòè, èçìåðåííîé â ïîëå
100 Ý. Âèäíî, ÷òî îáðàçöû â èíòåðâàëå
0 < x ≤ 0,42 èìåþò ïîëîæèòåëüíóþ íàìàãíè÷åí-
íîñòü (ñì. ðèñ. 2,à), òîãäà êàê äëÿ îáðàçöîâ
x ≥ 0,48 (ðèñ. 2,á) ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ íà-
ìàãíè÷åííîñòü íàïðàâëåíà ïðîòèâîïîëîæíî ìàã-
Ðèñ. 1. Çàâèñèìîñòü íàìàãíè÷åííîñòè îò òåìïåðàòóðû
ïðè íàãðåâå ïîñëå îõëàæäåíèÿ (FC) â ìàãíèòíîì ïîëå
H = 14 êÝ.
Ðèñ. 2. Çàâèñèìîñòü FC-íàìàãíè÷åííîñòè îò òåìïåðàòóðû
â ìàãíèòíîì ïîëå H = 100 Ý äëÿ îáðàçöîâ c x ≤ 0,42 (a)
è â êîíöåíòðàöèîííîì èíòåðâàëå 0,48 ≤ x ≤ 1 (á).
È. Î. Òðîÿí÷óê è äð.
62 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 1
íèòíîìó ïîëþ, ÷òî âîçìîæíî ïðè íàëè÷èè äâóõ
ìàãíèòíûõ ïîäðåøåòîê è áîëüøîé ìàãíèòíîé àíè-
çîòðîïèè. Â îáðàçöàõ ñ 0,04 ≤ x ≤ 0,3 ïåðåõîä â
ïàðàìàãíèòíîå ñîñòîÿíèå äîâîëüíî ðåçêèé, òîãäà
êàê â îáðàçöå ñ x = 0,42 íàìàãíè÷åííîñòü ïëàâíî
óìåíüøàåòñÿ ñ ðîñòîì òåìïåðàòóðû. Êîýðöèòèâ-
íàÿ ñèëà âîçðàñòàåò ñ ðîñòîì ñîäåðæàíèÿ õðîìà.
 îáðàçöàõ ñ 0,1 ≤ x ≤ 0,3 FC-íàìàãíè÷åííîñòü
ðåçêî óìåíüøàåòñÿ ïðè ïîíèæåíèè òåìïåðàòóðû,
÷òî íå ìîæåò áûòü ñâÿçàíî ñ ôðóñòðàöèÿìè îá-
ìåííûõ âçàèìîäåéñòâèé, òàê êàê èçìåðåíèÿ ïðî-
âîäèëèñü ïîñëå îõëàæäåíèÿ â ìàãíèòíîì ïîëå.
Àíîìàëüíîå ïîâåäåíèå íàìàãíè÷åííîñòè ïðè íèç-
êèõ òåìïåðàòóðàõ ìîæåò áûòü îáóñëîâëåíî ëèáî
îòðèöàòåëüíîé ïîëÿðèçàöèåé íåîäèìîâîé ïîäðå-
øåòêè, ëèáî îðèåíòàöèîííûì ôàçîâûì ïåðåõî-
äîì, îáóñëîâëåííûì èçìåíåíèåì àíèçîòðîïèè. Â
ïîëüçó ïîñëåäíåé ïðè÷èíû ñâèäåòåëüñòâóåò òî,
÷òî â îáðàçöàõ ñ x = 0,04 è x = 0,42 íå íàáëþäà-
ëîñü àíîìàëüíîãî ïîâåäåíèÿ FC-íàìàãíè÷åííîñòè
â îáëàñòè íèçêèõ òåìïåðàòóð.
Âáëèçè êîíöåíòðàöèè x = 0,48 òåìïåðàòóðà ïå-
ðåõîäà â ïàðàìàãíèòíîå ñîñòîÿíèå ðåçêî óâåëè-
÷èâàåòñÿ (ðèñ. 2). Ïåðåõîä â ïàðàìàãíèòíîå ñî-
ñòîÿíèå äîâîëüíî áûñòðûé, ÷òî õàðàêòåðíî äëÿ
îäíîðîäíûõ ìàãíåòèêîâ. Èç èçìåðåííûõ çàâèñè-
ìîñòåé Ì(Í) ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ ñëå-
äóåò, ÷òî ñïîíòàííàÿ íàìàãíè÷åííîñòü íå ïðå-
âûøàåò 5 ýìå/ã. Òàêàÿ âåëè÷èíà ñïîíòàííîé
íàìàãíè÷åííîñòè õàðàêòåðíà äëÿ ðåäêîçåìåëüíûõ
îðòîõðîìèòîâ RCrO3 , â êîòîðûõ ñëàáûé ôåð-
ðîìàãíåòèçì îáóñëîâëåí âçàèìîäåéñòâèåì Äçÿëî-
øèíñêîãî–Ìîðèÿ [10].
Îäíàêî àíîìàëüíîå ïîâåäåíèå ìàãíèòíûõ
ñâîéñòâ âáëèçè êîíöåíòðàöèè õðîìà x = 0,5, ïî-
âèäèìîìó, îáóñëîâëåíî äðóãîé ïðè÷èíîé. Ìû
ïðîâåëè òùàòåëüíûå ðåíòãåíîñòðóêòóðíûå èññëå-
äîâàíèÿ îáðàçöîâ ñ x = 0,48 è x = 0,6. Â ðåçóëüòà-
òå áûëè îáíàðóæåíû äâà ñâåðõñòðóêòóðíûõ ðåô-
ëåêñà ñëàáîé èíòåíñèâíîñòè, êîòîðûå ìîæíî
èíòåðïðåòèðîâàòü êàê ðåçóëüòàò óïîðÿäî÷åíèÿ
èîíîâ ìàðãàíöà è õðîìà â øàõìàòíîì ïîðÿäêå.
Ïðè òàêîì òèïå óïîðÿäî÷åíèÿ êàæäûé èîí õðîìà
ñòðåìèòñÿ áûòü îêðóæåííûì èîíàìè ìàðãàíöà.
Ìû ïîëàãàåì, ÷òî òåíäåíöèÿ ê óïîðÿäî÷åíèþ
èîíîâ ìàðãàíöà è õðîìà ÿâëÿåòñÿ ïðè÷èíîé àíî-
ìàëüíîãî ïîâåäåíèÿ ìàãíèòíûõ ñâîéñòâ â îáðàç-
öàõ c x ≥ 0,48.
Ïðè òåìïåðàòóðå TC ñïîíòàííàÿ íàìàãíè÷åí-
íîñòü ñòðåìèòñÿ ê íóëþ. Êîìïåíñàöèÿ ìàãíèòíîãî
ìîìåíòà â ðåäêîçåìåëüíûõ ìàãíåòèêàõ îáû÷íî
îáóñëîâëåíà êîíêóðåíöèåé âêëàäîâ îò 3d- è 4f-
èîíîâ. Ïî-âèäèìîìó, ýòî ñïðàâåäëèâî è äëÿ îá-
ðàçöà c x = 0,48. Òåìïåðàòóðà êîìïåíñàöèè íà-
ìàãíè÷åííîñòè óìåíüøàåòñÿ ñ âîçðàñòàíèåì ñî-
äåðæàíèÿ õðîìà. Íà ðèñ. 3 ïðåäñòàâëåíû ðåçóëü-
òàòû èññëåäîâàíèÿ íàìàãíè÷åííîñòè îáðàçöîâ ñ
x = 1 â ìàãíèòíîì ïîëå H = 100 Ý. Íà êðèâûõ
íå îáíàðóæåíî ðåçêèõ àíîìàëèé, êîòîðûå ìîãóò
áûòü îáóñëîâëåíû ìàãíèòíûì ôàçîâûì ïðåâðàùå-
íèåì. ZFC è FC-íàìàãíè÷åííîñòè ïëàâíî ðàñõî-
äÿòñÿ, ÷òî õàðàêòåðíî äëÿ íåîäíîðîäíûõ ñïèíîâûõ
ñòåêîë. Ìàãíèòíûå ìîìåíòû ïîñòåïåííî áëîêèðó-
þòñÿ â ïîëÿõ ñëó÷àéíîé àíèçîòðîïèè. Ïðè òåìïåðà-
òóðå T ∼ 40 Ê ïðîöåññ áëîêèðîâêè ðåçêî óñèëèâà-
åòñÿ. Íà ðèñ. 4 èçîáðàæåíà ìàãíèòíàÿ ôàçîâàÿ
äèàãðàììà ñèñòåìû Nd0,6Ca0,4(Mn1−xCrx)O3 . Áà-
çîâîå ñîåäèíåíèå Nd0,6Ca0,4MnO3 ÿâëÿåòñÿ àíòè-
ôåððîìàãíåòèêîì ñ òåìïåðàòóðîé Íååëÿ ðàâíîé
160 Ê [10]. Ïðè òåìïåðàòóðå 240 Ê èîíû Mn3+ è
Mn4+ óïîðÿäî÷èâàþòñÿ [10]. Íàèáîëåå âåðîÿòíî,
÷òî îáðàçöû c 0,015≤ ≤ x ≤ 0,04 íàõîäÿòñÿ â ñìå-
Ðèñ. 3. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè íàìàãíè÷åííîñòè â
Nd0,6Ca0,4(Mn1−xCrx)O3 , èçìåðåííûå â ïîëå H = 100 Ý
â ðàçíûõ ðåæèìàõ: ZFC — îõëàæäåíèå áåç ïîëÿ;
FC — îõëàæäåíèå â ïîëå.
Ðèñ. 4. Êîíöåíòðàöèîííàÿ çàâèñèìîñòü ñïîíòàííîé íà-
ìàãíè÷åííîñòè â ñèñòåìå Nd0,6Ca0,4(Mn1−xCrx)O3 .
Ìàãíèòíàÿ ôàçîâàÿ äèàãðàììà ñèñòåìû ìàíãàíèòîâ Nd0,6Ca0,4(Mn1–xCrx)O3
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 1 63
øàííîì ìàãíèòíîì ñîñòîÿíèè, â êîòîðîì àíòè-
ôåððîìàãíèòíûå è ôåððîìàãíèòíûå äîìåíû ñîñó-
ùåñòâóþò. Îáðàçöû c 0,04 < x < 0,4 íàõîäÿòñÿ â
ôåððèìàãíèòíîì ñîñòîÿíèè, äëÿ êîòîðîãî õàðàê-
òåðíî àíòèïàðàëëåëüíîå óïîðÿäî÷åíèå èîíîâ ìàð-
ãàíöà è õðîìà. Â îáðàçöàõ c 0,1 < x < 0,3 ïðè
íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ, âîçìîæíî, ïðîèñõîäèò ñïè-
íîâàÿ ïåðåîðèåíòàöèÿ, îáóñëîâëåííàÿ èçìåíåíè-
åì ëåãêîé îñè íàìàãíè÷èâàíèÿ. Îáðàçöû c 0,48 ≤ x ≤ 0,6
ÿâëÿþòñÿ ôåððèìàãíåòèêàìè, â êîòîðûõ ìàãíèò-
íûé ìîìåíò îò íåîäèìîâîé ïîäðåøåòêè íàïðàâëåí
àíòèïàðàëëåëüíî ìîìåíòó, îáóñëîâëåííîìó 3d-
èîíàìè. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ïåðåõîä ìåòàëë—
äèýëåêòðèê âáëèçè TC îáíàðóæåí òîëüêî â óçêîì
êîíöåíòðàöèîííîì èíòåðâàëå 0,02 ≤ x ≤ 0,07. Îñ-
òàëüíûå îáðàçöû îñòàþòñÿ äèýëåêòðèêàìè ïðè ïî-
íèæåíèè òåìïåðàòóðû.
Îáû÷íî ìàãíèòíûå ñâîéñòâà ìàíãàíèòîâ îáúÿñ-
íÿþò êîíêóðåíöèåé ïîëîæèòåëüíûõ îáìåííûõ
âçàèìîäåéñòâèé, âîçíèêàþùèõ âñëåäñòâèå «äâîé-
íîãî îáìåíà», è îòðèöàòåëüíûõ ñâåðõîáìåííûõ
âçàèìîäåéñòâèé ÷åðåç êèñëîðîä. Îäíàêî, êàê ïî-
êàçàë Ãóäåíàô [12], Mn3+–O–Mn3+ è Mn3+–O–
Mn4+ âçàèìîäåéñòâèÿ äîëæíû áûòü ôåððîìàãíèò-
íûìè è â ìîäåëè ñâåðõîáìåííûõ âçàèìîäåéñòâèé,
åñëè îðáèòàëüíîå óïîðÿäî÷åíèå ñíÿòî. Ýòî ïðåä-
ïîëîæåíèå ñîãëàñóåòñÿ ñ äèýëåêòðè÷åñêèì ïîâå-
äåíèåì îáðàçöîâ c 0,07 < x ≤ 0,42. Ìàêñèìàëüíàÿ
òî÷êà Êþðè TC â ìàíãàíèòàõ íå ïðåâûøàëà
370 K. Ýòà òåìïåðàòóðà õàðàêòåðèçóåò ïîëîæè-
òåëüíîå îáìåííîå âçàèìîäåéñòâèå Mn3+–Mn4+.
Ñïåêòðîñêîïè÷åñêèå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçûâàþò,
÷òî èîíû õðîìà âõîäÿò â ðåøåòêó ìàíãàíèòîâ â
òðåõâàëåíòíîì ñîñòîÿíèè [13]. Èîíû Mn4+ è
Cr3+ èìåþò ïî òðè íåñïàðåííûõ t2g-ýëåêòðîíà.
Îòðèöàòåëüíûìè îáìåííûìè âçàèìîäåéñòâèÿìè
ÿâëÿþòñÿ Mn4+–Mn4+, Mn3+–Cr3+, Cr3+–Cr3+ è
Cr3+–Mn4+. Î âåëè÷èíå îáìåííûõ âçàèìîäåéñò-
âèé Cr3+–Cr3+ è Mn4+–Mn4+ ìîæíî ñóäèòü
ïî òî÷êàì Íååëÿ: LaCrO3 — 300 Ê [11] è
Sr0,5Ca0,5MnO3 — 250 Ê [14]. Ïî-âèäèìîìó, òà-
êóþ æå âåëè÷èíó îáìåííûõ âçàèìîäåéñòâèé ìîæ-
íî îæèäàòü â ñëó÷àå 3d èçîýëåêòðîííûõ Cr3+ è
Mn4+. Ïîýòîìó ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî ïîëîæèòåëü-
íûå è îòðèöàòåëüíûå îáìåííûå âçàèìîäåéñò-
âèÿ ñîïîñòàâèìû ïî âåëè÷èíå. Åñëè âñåìè áëè-
æàéøèìè ñîñåäÿìè èîíà õðîìà ÿâëÿþòñÿ èîíû
ìàðãàíöà, òî ìàãíèòíûå ìîìåíòû õðîìà íàïðàâ-
ëåíû ïðîòèâîïîëîæíî ìàãíèòíûì ìîìåíòàì ìàð-
ãàíöà. Ó÷èòûâàÿ, ÷òî ìàãíèòíàÿ ñòðóêòóðà
Nd0,6Ca0,4MnO3 îòíîñèòñÿ ê CE-òèïó, ìàëûå äî-
áàâêè õðîìà äîëæíû ýôôåêòèâíî ðàçðóøàòü àí-
òèôåððîìàãíèòíîå ñîñòîÿíèå â ìàíãàíèòàõ. Ðàç-
ðóøåíèå àíòèôåððîìàãíèòíîãî ñîñòîÿíèÿ äîëæíî
ñîïðîâîæäàòüñÿ ðàçðóøåíèåì îðáèòàëüíîãî è çà-
ðÿäîâîãî óïîðÿäî÷åíèé áëàãîäàðÿ æåñòêîé ñâÿçè
ìåæäó îðáèòàëüíîé è ñïèíîâîé ñòåïåíÿìè ñâîáî-
äû.  òîì ñëó÷àå, êîãäà äâà èîíà õðîìà ÿâëÿþòñÿ
áëèæàéøèìè ñîñåäÿìè, ìîãóò âîçíèêíóòü ôðó-
ñòðàöèè îáìåííûõ âçàèìîäåéñòâèé, õàðàêòåðíûå
äëÿ ñîñòîÿíèÿ òèïà ñïèíîâîãî ñòåêëà. Ñëåäóåò
îòìåòèòü, ÷òî ñ óâåëè÷åíèåì ñîäåðæàíèÿ õðî-
ìà äîëÿ èîíîâ Mn4+ ðåçêî óâåëè÷èâàåòñÿ. Òàê,
íàïðèìåð, äëÿ îáðàçöîâ c x = 0,6 íîìèíàëüíàÿ
õèìè÷åñêàÿ ôîðìóëà ÿâëÿåòñÿ ñëåäóþùåé —
Nd0,6Ca0,4(Mn0,4
4+ Cr0,6
3+ )O3, ò.å. èîíû Mn3+ îòñóòñò-
âóþò. Óïîðÿäî÷åíèå èîíîâ Cr3+ è Mn4+ äîëæíî
ïðèâåñòè ê ðåçêîìó óâåëè÷åíèþ ðîëè àíòèôåððî-
ìàãíèòíûõ âçàèìîäåéñòâèé.  ñëó÷àå èäåàëüíîãî
øàõìàòíîãî ïîðÿäêà ñèñòåìû òèïà NaCl â ðàñïî-
ëîæåíèè èîíîâ Cr3+ è Mn4+ äëÿ îáðàçöîâ c
x = 0,5 îáìåííîå âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó õðîìîì
è ìàðãàíöåì ñòàíåò äîìèíèðóþùèì, òîãäà êàê
ôðóñòðàöèè îáìåííûõ âçàèìîäåéñòâèé áóäóò ìè-
íèìàëüíû. Ïî-âèäèìîìó, òåíäåíöèÿ ê óïîðÿ-
äî÷åíèþ èîíîâ õðîìà è ìàðãàíöà áîëåå ðåçêî
âûðàæåíà â ñîåäèíåíèÿõ, ãäå ÷åòûðåõâàëåíòíîãî
ìàðãàíöà áîëüøå è èñêàæåíèÿ ýëåìåíòàðíîé
ÿ÷åéêè ñèëüíåå. Îáðàçöû Nd0,6Ca0,4CrO3 õà-
ðàêòåðèçóþòñÿ ñâîéñòâàìè, ïðèñóùèìè êëàñòåð-
íûì ñèñòåìàì (ðèñ. 4), òîãäà êàê èçâåñòíî, ÷òî
NdCrO3 ÿâëÿåòñÿ ñëàáûì ôåððîìàãíåòèêîì ñ òåì-
ïåðàòóðîé Íååëÿ îêîëî 200 Ê. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî
îáìåííîå âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó ðàçíîâàëåíòíû-
ìè èîíàìè õðîìà íå ÿâëÿåòñÿ ñèëüíûì ôåððîìàã-
íèòíûì, êàê ýòî îáíàðóæåíî â ñëó÷àå Mn3+–
Mn4+. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî äëÿ áîëåå òî÷íîãî
Ðèñ. 5. Ìàãíèòíàÿ ôàçîâàÿ äèàãðàììà ñèñòåìû
Nd0,6Ca0,4(Mn1−xCrx)O3 : ÑÎ — çàðÿäîâîóïîðÿäî÷åí-
íàÿ ôàçà, Ð — ïàðàìàãíèòíàÿ, À — àíòèôåððîìàãíèò-
íàÿ, FiM — ôåððèìàãíèòíûé ìåòàëë, FiI — ôåððîìàã-
íèòíûé èçîëÿòîð, Fi(IO) — ôåððèìàãíèòíûé èçîëÿòîð
ñ óïîðÿäî÷åíèåì èîíîâ Cr3+ è Mn4+; SC — êëàñòåðíîå
ñïèíîâîå ñòåêëî.
È. Î. Òðîÿí÷óê è äð.
64 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 1
îïðåäåëåíèÿ îñíîâíîãî ìàãíèòíîãî ñîñòîÿíèÿ
Nd0,6Ca0,4Mn0,4
3+ Cr0,6
4+ O3 íåîáõîäèìû äàëüíåéøèå
íåéòðîíîãðàôè÷åñêèå èññëåäîâàíèÿ.
Òàêèì îáðàçîì, ñâîéñòâà ñèñòåìû
Nd0,6Ca0,4(Mn1−xCrx)O3 ìîæíî ïîíÿòü â ðàìêàõ
ìîäåëè ñâåðõîáìåííûõ âçàèìîäåéñòâèé, ïðåäïî-
ëàãàÿ, ÷òî ìàãíèòíûå âçàèìîäåéñòâèÿ Cr3+–O–
Cr3+ è Cr3+–O–Mn4+ ñðàâíèìû ïî âåëè÷èíå è
îòðèöàòåëüíû.
Ðàáîòà áûëà âûïîëíåíà ïðè ïîääåðæêå Ôîíäà
Ôóíäàìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé ðåñïóáëèêè Áå-
ëàðóñü (ïðîåêò Ô99Ð-038).
1. J. Blasco, J. Garcia, J. M. de Teresa, M. R. Ibarra,
J. Perez, P. A. Algarabel, and C. Marquina, Phys.
Rev. B55, 8905 (1997).
2. M. Rubinstein, D. J. Gillespie, J. W. Snyder, and
T. M. Tritt, Phys. Rev. B56, 5412 (1997).
3. K. Ghosh, S. B. Ogale, R. Ramesh, R. L. Greene,
T. Venkatesan, K. M. Gapshup, R. S. Bathe, and
S. I. Patil, Phys. Rev. B59, 533 (1999).
4. I. O. Troyanchuk, L. S. Lobanovsky, D. D. Kha-
lyavin, S. N. Pastushonok, and H. Szymczak, J.
Magn. Magn. Mater. 210, 63 (2000).
5. C. N. R. Rao, A. Arlurraj, P. N. Santosh, and A. K.
Cheetham, Chem. Mater. 10, 2714 (1998).
6. B. Raveau, A. Maignan, C. Martin, and M. Her-
vieu, Chem. Mater. 10, 2641 (1998).
7. P. V. Vanitha, R. S. Singh, S. Natarajan, and C. N.
R. Rao, Solid State Commun. 199, 135 (1999).
8. Young Sun, Wei Tong, Xiaojun Xu, and Yuheng
Zhang, Phys. Rev. B63, 17443 (2001).
9. T. Kimura, R. Kumai, Y. Okimoto, Y. Tomioka,
and Y. Tokura, Phys. Rev. B62, 15021 (2000).
10. M. Tokunaga, N. Miura, Y. Tomioka, and Y. To-
kura, Phys. Rev. B57, 5259 (1998).
11. À. Ê. Çâåçäèí, Â. Ì. Ìàòâååâ, À. À. Ìóõèí, À. È.
Ïîïîâ, Ðåäêîçåìåëüíûå èîíû â ìàãíèòî-óïîðÿäî÷åí-
íûõ êðèñòàëëàõ, ÃÔÌË, Ìîñêâà (1985).
12. Ä. Ãóäåíàô, Ìàãíåòèçì è õèìè÷åñêàÿ ñâÿçü, Ìå-
òàëëóðãèÿ, Ìîñêâà (1968).
13. A. Barnabe, M. Hervieu, C. Martin, A. Maignan,
and B. Raveau, J. Mater. Chem. 8, 1405 (1998).
14. I. O. Troyanchuk, N. V. Samsonenko, H. Szymczak,
and A. Nabialek, Solid State Chem. 131, 144
(1997).
The magnetic phase diagram
of Nd0,6Ca0,4(Mn1−xCrx)O3 manganites
I. O. Troyanchuk, M. V. Bushinsky,
V. V. Eremenko, V. A. Sirenko, and H. Szymczak
The Nd0,6Ca0,4(Mn1−xCrx)O3 system reveals
the following sequence of phase transformations:
antiferromagnet x = 0, mixed magnetic state
(0.015 ≤ x ≤ 0.04), ferrimagnet (0.04 ≤ x ≤ 0.8),
and spin glass (x = 1). In the vicinity of Cr
concentration x = 0.5 the Neel temperature
and the contribution from the Nd sublattice
rise sharply. The data obtained are treated in
terms of the superexchange interaction model
with consideration for the tendency to the or-
dering of Cr and Mn ions.
Ìàãíèòíàÿ ôàçîâàÿ äèàãðàììà ñèñòåìû ìàíãàíèòîâ Nd0,6Ca0,4(Mn1–xCrx)O3
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 1 65
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-130145 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| isbn | PACS: 72.15.GD, 75.30.Kz, 75.70.Pa |
| issn | 0132-6414 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:28:33Z |
| publishDate | 2002 |
| publisher | Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Троянчук, И.О. Бушинский, М.В. Еременко, В.В. Сиренко, В.А. Шимчак, Г. 2018-02-08T13:04:05Z 2018-02-08T13:04:05Z 2002 Магнитная фазовая диаграмма системы манганитов Nd₀,₆Ca₀,₄(Mn₁₋xCrx)O₃ / И.О. Троянчук, М.В. Бушинский, В.В. Еременко, В.А. Сиренко, Г.Шимчак // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 1. — С. 61-65. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. PACS: 72.15.GD, 75.30.Kz, 75.70.Pa 0132-6414 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130145 В системе Nd₀,₆Ca₀,₄(Mn₁₋xCrx)O₃ обнаружена следующая последовательность фазовых превращений: антиферромагнетик (x=0), смешанное магнитное состояние(0,015⩽x⩽0,04); ферримагнетик (0,04⩽x⩽0,8) и спиновое стекло (x=1). Вблизи концентрации хрома x~0,5 температура Нееля резко увеличивается и вклад от Nd-подрешетки существенно возрастает. Учитывая тенденцию ионов хрома имарганца к упорядочению, полученные данные можно интерпретировать в рамках модели сверхобменных взаимодействий. The following sequence of phase transformations is observed in the Nd₀,₆Ca₀,₄(Mn₁₋xCrx)O₃ system: antiferromagnet (x=0), mixed magnetic state (0.015⩽x⩽0.04), ferrimagnet (0.04⩽x⩽0.8), and spin glass (x=1). At chromium concentrations near x∼0.5 the Néel temperature increases sharply, and the contribution from the Nd sublattice increases substantially. Since the chromium and manganese ions have a tendency to order, these results can be interpreted in a model of superexchange interactions. Работа была выполнена при поддержке Фонда
 Фундаментальных исследований республики Беларусь
 (проект Ф99Р-038). ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Низкотемпеpатуpный магнетизм Магнитная фазовая диаграмма системы манганитов Nd₀,₆Ca₀,₄(Mn₁₋xCrx)O₃ Magnetic phase diagram of the system of manganites Nd₀,₆Ca₀,₄(Mn₁₋xCrx)O₃ Article published earlier |
| spellingShingle | Магнитная фазовая диаграмма системы манганитов Nd₀,₆Ca₀,₄(Mn₁₋xCrx)O₃ Троянчук, И.О. Бушинский, М.В. Еременко, В.В. Сиренко, В.А. Шимчак, Г. Низкотемпеpатуpный магнетизм |
| title | Магнитная фазовая диаграмма системы манганитов Nd₀,₆Ca₀,₄(Mn₁₋xCrx)O₃ |
| title_alt | Magnetic phase diagram of the system of manganites Nd₀,₆Ca₀,₄(Mn₁₋xCrx)O₃ |
| title_full | Магнитная фазовая диаграмма системы манганитов Nd₀,₆Ca₀,₄(Mn₁₋xCrx)O₃ |
| title_fullStr | Магнитная фазовая диаграмма системы манганитов Nd₀,₆Ca₀,₄(Mn₁₋xCrx)O₃ |
| title_full_unstemmed | Магнитная фазовая диаграмма системы манганитов Nd₀,₆Ca₀,₄(Mn₁₋xCrx)O₃ |
| title_short | Магнитная фазовая диаграмма системы манганитов Nd₀,₆Ca₀,₄(Mn₁₋xCrx)O₃ |
| title_sort | магнитная фазовая диаграмма системы манганитов nd₀,₆ca₀,₄(mn₁₋xcrx)o₃ |
| topic | Низкотемпеpатуpный магнетизм |
| topic_facet | Низкотемпеpатуpный магнетизм |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130145 |
| work_keys_str_mv | AT troânčukio magnitnaâfazovaâdiagrammasistemymanganitovnd06ca04mn1xcrxo3 AT bušinskiimv magnitnaâfazovaâdiagrammasistemymanganitovnd06ca04mn1xcrxo3 AT eremenkovv magnitnaâfazovaâdiagrammasistemymanganitovnd06ca04mn1xcrxo3 AT sirenkova magnitnaâfazovaâdiagrammasistemymanganitovnd06ca04mn1xcrxo3 AT šimčakg magnitnaâfazovaâdiagrammasistemymanganitovnd06ca04mn1xcrxo3 AT troânčukio magneticphasediagramofthesystemofmanganitesnd06ca04mn1xcrxo3 AT bušinskiimv magneticphasediagramofthesystemofmanganitesnd06ca04mn1xcrxo3 AT eremenkovv magneticphasediagramofthesystemofmanganitesnd06ca04mn1xcrxo3 AT sirenkova magneticphasediagramofthesystemofmanganitesnd06ca04mn1xcrxo3 AT šimčakg magneticphasediagramofthesystemofmanganitesnd06ca04mn1xcrxo3 |