научная статья по теме ПРОНИКНОВЕНИЕ РАДИОЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ЧЕРЕЗ ДОПИРОВАННЫЕ МАНГАНИТЫ ЛАНТАНА Физика

Текст научной статьи на тему «ПРОНИКНОВЕНИЕ РАДИОЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ЧЕРЕЗ ДОПИРОВАННЫЕ МАНГАНИТЫ ЛАНТАНА»

ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2004, том 98, № 5, с. 23-29

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ^^^^^^^^^^^^ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА

УДК 548.736.442.6:537.874

ПРОНИКНОВЕНИЕ РАДИОЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ЧЕРЕЗ ДОПИРОВАННЫЕ МАНГАНИТЫ ЛАНТАНА

© 2004 г. А. Б. Ринкевич*, А. П. Носов*, В. Г. Васильев**, Е. В. Владимирова**

*Институт физики металлов УрО РАН, 620219 Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18 **Институт химии твердого тела УрО РАН, 620219 Екатеринбург, ул. Первомайская, 91

Поступила в редакцию 05.05.2004 г.

Исследовано проникновение радиочастотного электромагнитного поля через Ьа085РЬ015МпО3, Ьа0.60РЬ040МпО3 и Ьа0.68У0.07Ба025МпО3 манганиты лантана в диапазоне частот / = 20 кГц-300 МГц и на частоте 7.4 ГГц в условиях, когда глубина скин-слоя как значительно больше, так и меньше толщины образца. Измерения проведены в интервале температур, включающем температуру магнитного фазового перехода. Показано, что несмотря на схожесть статических свойств динамические свойства исследованных манганитов существенно различаются, причем различия более выражены в области частот выше 1 МГц. В ферромагнитной области для всех составов при намагничивании происходят значительные изменения коэффициента проникновения. Сделаны оценки величины начальной динамической магнитной проницаемости. За счет влияния дисперсии уменьшение динамической магнитной проницаемости в манганитах, допированных свинцом, начинается на частотах порядка единиц мегагерц, в то время как в манганитах, допированных барием и иттрием существенные относительные изменения коэффициента проникновения электромагнитного поля наблюдаются вплоть до частот порядка 200 МГц. Изменения коэффициента проникновения в ферромагнитной области в основном обусловлены изменениями динамической магнитной проницаемости, а не маг-нитосопротивлением.

ВВЕДЕНИЕ

Допированные оксидные материалы со структурой перовскита считаются актуальным объектом исследования из-за существующих в них гигантских аномалий транспортных свойств [1]. Помимо привлекательности этих материалов для создания сенсоров и устройств электронной техники можно назвать несколько причин, по которым они вызывают пристальный интерес фундаментальной физики твердого тела. Допированные манганиты являются сильнокоррелированными системами со сложной взаимосвязью структурных, зарядовых и спиновых степеней свободы. Хотя основные закономерности корреляции магнитных и транспортных свойств были объяснены достаточно давно в модели двойного обмена, более детальные теоретические и экспериментальные исследования, выполненные в последние годы, потребовали привлечения таких понятий, как электронное разделение фаз, зарядовое упорядочение, поляронный механизм проводимости и ряда других. Сложность изучения поликристаллических манганитов обусловлена их гранулярным строением, наличием структурных, электронных и магнитных неоднородностей и их сильной корреляцией [2]. Особое внимание вызывает область фазового перехода, где наблюдаются наиболее сильно выраженные изменения магнитных, транспортных и магнитотранспортных свойств.

Высокочастотные электромагнитные методы являются эффективным средством исследования спиновой подсистемы манганитов. Наблюдаемые при этом изменения высокочастотных физических свойств как правило имеют большую величину, чем изменения свойств на низких частотах [2, 3]. Например, значения электросопротивления на постоянном токе и на высоких частотах могут различаться на два порядка [2, 4]. Основная часть исследований выполнена методами микроволнового и радиочастотного импеданса.

Хорошо известно, что структурная и магнитная неоднородность радикально сказываются на кинетических свойствах. Считается, что в проводимость поликристаллических образцов на постоянном токе существенный вклад дают границы зерен. На достаточно высоких частотах проводимость определяется в основном электрическими свойствами материала, находящегося внутри гранул. Аномалии импеданса манганитов вблизи температуры фазового перехода в широком интервале частот изучались в [5-7]. В случае высокочастотных исследований важное значение имеет соотношение между толщиной образца манганита и глубиной скин-слоя. Если толщина пластины й больше, чем глубина скин-слоя 5, то поверхностное сопротивление пропорционально р1/2, где р -удельное электросопротивление. Однако если й < 5, то могут реализоваться необычные зависимости:

~ р или даже ~ а [3].

Основные свойства исследованных образцов манганитов

Состав р(0, 300 К), Ом см ИЯ(И = 10 кЭ, Т = 300 К), % Тс, К М, при Т = 293 К, эме/г Глубина скин-слоя при f = 1 МГц, мм

Ьа0.85РЬ().15Мп03 0.640 -5.02 322.1 26.0 0.51

Ьа0.60РЬ0.40Мп03 0.172 -3.91 340.5 38.0 0.27

Ьа0.68У0.07Ба0.25Мп03 отжиг 1.560 -5.70 342.0 38.7 0.80

в кислороде в течение 6 ч

Ьа0.68У0.07Ба0.25Мп03 1.650 -6.50 340.0 39.6 0.82

горячепрессованныи

На частотах радиодиапазона импеданс образца измеряется обычно с использованием контактных методов. Однако в последние годы получил распространение бесконтактный метод, в котором измеряется модуль коэффициента проникновения электромагнитного поля через пластину [8]. Было установлено, что наиболее приемлемой для исследования манганитов является область параметров, в которой глубина скин-слоя превышает толщину пластины манганита [9, 10]. Модуль коэффициента проникновения определяется соотношением глубины скин-слоя и толщины пластины, а также соотношением между импе-дансами пластины и окружающего пространства.

Цель данной статьи состоит в изучении проникновения радиочастотного электромагнитного поля через допированные манганиты лантана в широком интервале частот. Были исследованы полевые зависимости коэффициента проникновения в частотном интервале от 20 до 300 МГц, а также в СВЧ-диапазоне на частоте 7.4 ГГц. Особое внимание было уделено частотным характеристикам проникновения и влиянию внешнего магнитного поля на эффект проникновения. Была исследована область температур, включающая фазовый переход. В качестве объектов были использованы манганиты, допированные свинцом, а также барием и иттрием. Выбор этих составов обусловлен тем, что их динамические свойства на частотах радиодиапазона различаются сильно, в то время как статические электрические и магнитные свойства схожи. Все исследованные составы имели температуру Кюри выше комнатной.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Объемные поликристаллические образцы манганитов, допированных свинцом, получены методом соосаждения из раствора в виде нерастворимых оксалатов (прекурсоров). Манганиты состава Ьа1 _ хРЬхМп03 синтезированы термической обработкой предварительно приготовленных прекурсоров, Показано, что отжиг прекурсоров в две стадии: 12 ч при 800°С на воздухе и 12 ч при 950°С в потоке 02 позволяет получить образцы с

заданной стехиометрией и высокими магнито-транспортными свойствами [11]. Использование прекурсоров позволяет снизить температуру синтеза до 950°С и тем самым избежать изменения состава конечного продукта в процессе термообработок. Плотность синтезированных таким образом образцом составляет 71% для х = 0.15 и 79% для х = 0.40 от теоретической рентгеновской плотности. Образцы манганита Ьа0.60РЬ040Мп03 имели температуру Кюри Тс = 340.5 К, а манганита Ьа085РЬ0.15Мп03 - Тс = 322 К. Некоторые физические свойства, измеренные на образцах манганитов, изученных в данной работе, представлены в таблице.

Исходный порошок номинального состава Ьа0.68У0.07Ба0.25Мп03 также был приготовлен методом соосаждения из раствора. Затем изостати-ческим прессованием приготовливали объемные образцы поликристаллического манганита. Образцы отжигались в потоке 02 при 1200°С в течение 6 ч. Плотность образцов Ьа068У0.07Ба0.25Мп03 составляла 60% от рентгеновской, а температура Кюри - 342 К. Удельное сопротивление при 293 К было равно 1.56 Ом см, а относительное магнито-сопротивление в магнитном поле Н = 10 кЭ составляло -5.7%.

Горячее прессование позволяет повысить плотность и получить образцы с меньшей пористостью. В этой работе технология горячего прессования была применена к манганиту состава Ьа068У0.07Ба0.25Мп03 и осуществлялась нагревом образцов под давлением 3 кбар до температуры 900°С с дальнейшей выдержкой при этой температуре в течение 30 мин. Образцы, полученные методом горячего прессования, имели плотность 76% от рентгеновской.

Радиочастотные эксперименты были выполнены в диапазоне частот / = 20 кГц-300 МГц. Переменное магнитное поле создавалось катушкой, расположенной с одной стороны от пластины манганита, а регистрировалось идентичной по конструкции катушкой, расположенной с другой стороны от пластины. Таким образом, пластина служила экраном для электромагнитного поля. Подробно схема выполнения экспериментов описана в [9, 10]. Внешнее постоянное

ПРОНИКНОВЕНИЕ РАДИОЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

25

магнитное поле Н прикладывалось в плоскости пластины либо параллельно, либо перпендикулярно переменному магнитному полю Н~. Использовались постоянные поля напряженностью до 10 кЭ, что было достаточным для магнитного насыщения исследовавшихся манганитов. Измерения выполнены в интервале температур от 280 до 365 К. В экспериментах использовались пластины из манганитов толщиной й = 0.6 мм. Значения глубины скин-слоя 5Ь рассчитанные для исследованных составов при частоте / = 1 МГц и величине магнитной проницаемости ц = 1, приведены в таблице. Из приведенных данных видно, что в исследованном диапазоне частот реализовыва-лись ситуации й < 51 (низкие частоты), й - 51 (частоты порядка единиц мегагерц) и й > 51 (высокие частоты).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Допирование манганита лантана барием или свинцом позволяет получить составы с температурой Кюри Тс выше комнатной. Дополнительное допирование лантан-бариевых манганитов иттрием позволяет исследовать влияние немагнитного беспорядка на физические свойства, поскольку за счет различий в ионных радиусах происходят искажения структуры и степень немагнитного беспорядка возрастает, при этом статические физические свойства исследованных составов отличались незначительно (см. таблицу).

Манганиты являются магнитомягкими материалами: при комнатной температуре

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.

Показать целиком