МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОГО МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОГО СИМПОЗИУМА "Упорядочение в минералах и сплавах" ОМА-17 (Ростов-на-Дону, сентябрь 2014г.)
Сопредседатели Оргкомитета международного междисциплинарного симпозиума "Упорядочение в минералах и сплавах" ОМА-17 академик В.А. Чантурия д-р физ.-мат. наук Ю.М. Гуфан
Материалы международного междисциплинарного симпозиума "Упорядочение в минералах и сплавах" ОМА-17 под общей редакцией д-ра физ.-мат. наук Ю.М. Гуфана
и
МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОГО МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОГО СИМПОЗИУМА "Порядок, беспорядок и свойства оксидов" ОВРО-17 (Ростов-на-Дону, сентябрь 2014г.)
Председатель Оргкомитета международного междисциплинарного симпозиума "Порядок, беспорядок и свойства оксидов" ОВРО-17 академик Ю.В. Гуляев
Материалы международного междисциплинарного симпозиума "Порядок, беспорядок и свойства оксидов" ОВРО-17 под общей редакцией д-ра физ.-мат. наук Ю.М. Гуфана
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2015, том 79, № 6, с. 768-770
УДК 534.8,535.8
МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫЕ СТРУКТУРНЫЕ, ЯН-ТЕЛЛЕРОВСКИЕ, ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ТРАНСПОРТНЫЕ ЭФФЕКТЫ В La0875Sr0125MnO3
© 2015 г. А. В. Голенищев-Кутузов, В. А. Голенищев-Кутузов, И. Р. Исмагилов, Р. И. Калимуллин, А. А. Потапов, А. В. Семенников, В. А. Уланов
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Казанский государственный энергетический университет" E-mail: kalru@newmail.ru
Изучены температурная и магнитная зависимости упругих модулей и электросопротивления в монокристалле La0 875Sr0 125MnO3. В дополнение к переходу металл—изолятор исследован структурный переход от ян-теллеровской кооперативно сильно искаженной орторомбической фазы к заря-дово упорядоченной фазе при ТЯ-Т = 150 K в магнитных полях до H = 2 Тл. Наши результаты демонстрируют возможность управления упругими параметрами вблизи ТЯ-Т посредством магнитных полей.
DOI: 10.7868/S0367676515060125
В последнее десятилетие не уменьшается интерес к манганитам. Если ранее основное внимание было обращено на физическую природу и практические применения колоссального магнитосопро-тивления (КМС) [1], то в наши дни появились работы, в которых манганиты рассматривают как мультиферроики [2—7], поскольку в них может существовать самоорганизация и взаимодействие зарядовых, орбитальных и решеточных степеней свободы. Хотя манганит La1- xSrxMnO3 (x = 0.125) является, пожалуй, одним из наиболее изученных, интерес к его необычным физическим свойствам не ослабевает [5—10], что связано с комплексом разнообразных фазовых состояний и переходов между ними. При охлаждении до 450 K происходит структурный переход от ромбоэдрической к слабо искаженной орторомбической фазе (0) за счет Я-Т-деформации октаэдров MnO6. Далее при ТЯ_Т = 280 K возникает кооперативное упорядочение искаженных октаэдров (0'-фаза). Вблизи TC = 180 K возникает спонтанная намагниченность с металлической проводимостью, а ниже TCq = 140 K манганит переходит (x = 0.125) в орторомбическую фазу с зарядово-орбитальным упорядочением и становится ферро-магнитным изолятором (фаза 0'') [8]. Основное внимание сейчас обращено на низкотемпературную область. При этом обсуждаются особенности механизма орбитального и зарядового упорядочений [5—7]. Изучаются возможности влияния в этой фазе внешних магнитных полей на электрические, магнитные и диэлектрические характеристики. Однако остается менее изученной темпера-
турная область между Тс и ТСо, в частности область перехода (0'—0'') — 160—140 К, в окрестностях которого ранее наблюдался ряд необычных физических свойств: гигантская диэлектрическая проницаемость [3], мультиплетные зарядовые состояния [5], разрушение кооперативного Я-Т искажения [8—10]. Однако эти исследования не позволили получить достаточно полное представление о природе данного перехода.
Мы провели более полное изучение особенностей кооперативного Я-Т-упорядочения, спонтанной намагниченности, электросопротивления и влияния на них приложенных магнитных полей в интервале температур 240—130 К. Основным методом исследований было измерение параметров скорости и затухания высокочастотных акустических импульсов (700—1000 МГц). По характеру изменения упругих модулей С11, С11—С12, С44, СВ, определенных из значений скоростей волн, были измерены значения упругих деформаций кислородных октаэдров при переходе кристалла в кооперативное Я-Т-упорядочение. Было установлено, что октаэдры испытывают деформацию растяжения вдоль осей а и Ь в кубической интерпретации порядка 1.5 • 10-2 и деформацию сжатия вдоль оси с порядка 2 • 10-2. Эти значения деформаций достаточно хорошо удовлетворяют изменениям параметров октаэдров, полученным из нейтронных и рентгеновских измерений [8, 9]. Следует отметить, что ранее подобная экспериментальная методика использовалась нами [10] только для измерения параметров кооперативного упорядочения при ТЯ_Т = 280 К. В данной статье изложены результаты по обнаружению резкого скачка в зна-
МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫЕ ЭФФЕКТЫ В Ьа0.8758г0.125МпО3
769
С1р 102 Па
70 I-
60 -
50 -
40 -
Су, 102 Па
165
_|_I_I \\ I \ г I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I-
140 160 180 200 220 240 Т, К б
Св, 102 Па
80
160 -
155
150 -
70
- 60
50
140
160
180 200
220 Т, К
М, А ■ м2 3
2
1 -
р, Ом ■ см
6
4
Н 2
-Л
- и
-
. . 1 .
100
140
220 Т, К
Рис. 1. Температурные зависимости сдвиговых модулей упругости (Сп-С12)/2 (1) и С44 (2) (а); Сц (1) и Св (2) (б).
чениях упругих модулей вблизи Тр = 150 К, причем если значения модулей С11, Сп—С12 и С44 резко смягчались вблизи Тр, то значение объемного модуля СВ = (Сп + 2С12)/3, наоборот, резко возрастало (рис. 1). Эти данные свидетельствуют о возвращении ниже Тр = 150 К к первоначальному состоянию образца выше ТЯ-Т. Изменения значений упругих модулей вблизи Тр соответствуют скачку в намагниченности и удельной электропроводности (рис. 2). При этом полной неожиданностью стал тот факт, что эти скачки имеют гистерезисный характер, поскольку происходят в условиях структурной Я-Т-перестройки. Температурная узость этих переходов вполне соответствует такому же узкому интервалу изменений значений упругих модулей.
Следовательно, на основе полученных данных и сопоставлении их с известными результатами можно констатировать, что при охлаждении в температурном интервале 160—140 К последовательно происходит конкурентное замещение одних фазо-
Рис. 2. Температурные зависимости намагниченности М (А • м2) при увеличении (1) и уменьшении (2) температуры и удельного электросопротивления р (Ом • см) (3).
вых состояний другими. Вначале за счет увеличения спонтанной намагниченности возникает постепенное подавление кооперативного Я-Т-упо-рядочения, которое скачкообразно завершается при 150 К с сохранением локальных деформаций отдельных октаэдров. Обратно этому процессу, как было ранее показано нами [10], подобным образом происходит скачкообразный переход при 280 К за счет конкурентного подавления первоначальной намагниченности ростом кооперативного упорядочения. В интервале между 150 и 140 К возникает перколяционный процесс носителей (дырок) с переходом от магнитного проводника к магнитному изолятору [3], заканчивающийся при 140 К.
Приложение относительно небольших магнитных полей (Н < 2 Тл) приводит к сдвигу температуры Тр примерно на 5 К при Н = 1 Тл (рис. 3), а следовательно, к значительному изменению ряда параметров вблизи Тр (упругих модулей, диэлектрической проницаемости [3], электросопротивления). Вследствие узости перехода при Тр возникает изменение этих параметров на 30 и более процентов, что позволяет управлять упругими, электрическими и диэлектрическими характеристиками.
Таким образом, с помощью комплексного измерения параметров высокочастотных акустических волн, магнитных и электрических характеристик монокристалла Ьах _ х8гхМпО3 с х = 0.125 в температурном интервале 240—140 К был обнаружен резкий структурный переход при 150 К первого рода. Он вызван процессом подавления коопера-
а
0
0
770
ГОЛЕНИЩЕВ-КУТУЗОВ и др.
С44, 102 Па 70
60 -
50
40
240 T, K
Рис. 3. Температурный сдвиг структурного перехода Тр для упругого модуля С44 в магнитном поле В = 1 Тл (1 — с уменьшением температуры; 2 — с ростом температуры). На вставке приведена зависимость изменения Тр от приложенного поля.
тивного Я-Т-упорядочения ионов Мп3+ возрастающей намагниченностью. Приложение внешнего магнитного поля увеличивает намагниченность образца и смещает вверх температуру фазового перехода.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Dagotto E. Nanoscale Phase Separation and Colossal Magnetoresistance. Berlin: Springer-Vferlag, 2003.
2. Khomskij D.I., Magn J. // Magn. Mater. 2006. V 306. P. 1.
3. Mamin R.F., Egami T., Marton Z., Migachev S.A. // Phys. Rev. В. 2007. B. V. 75. P. 115129.
4. ZhengR.K., Jiang Y, Wang Y, Chan H.L.W, Choy C.L., Luo H.C. // Phys. Rev. 2009. B. V 79. P. 174420.
5. Asaka T., Yu X.Z., Hiraoka Y., Kimoto K, Hirayama T., Kimura T., Matsui Y. // Phys. Rev. 2011. B. V. 83. P. 174491.
6. Fertman E.U. // 11th Int. Symp. On Ferroelectric Domains. Ekaterinburg. Abstracts Book, 2012. P. 86.
7. Mertelj T, Mamin R, Yusupov R., Mihailovic D. // Phys. Rev. 2011. B. V. 83. P. 113103.
8. Uhlenbruck S., Teipen R., Klingeler R, Buchner B., FriedtO, Hucker M., KierspelH., Niemoller T., Pinsard L., Revcolevschi A., Gross R. // Phys. Rev. Lett. 1999. V. 82. P. 185.
9. Geek J., Wochner P., Bruns D., Buchner B., Gebhardt U., Kiele S., Reutler P., Revcoievschi A. // Phys Rev. B. 2004. V. 69. P. 104413.
10. БогдановаХ.Г., Булатов А.Р., Голенищев-Кутузов В.А., Потапов А.А. // Изв. РАН. Сер. физ. 2013. Т. 77. № 3. С. 307; Bogdanova Kh.G., Bulatov A.R., Golenishchev-Kutuzov V.A., Potapov A.A. // Bull. Russ. Acad. Sci. Physics. 2013. V. 77. № 3. P. 275.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.