CC BY
11
УДК 537.312:538.911'956
Doi: 10.31772/2712-8970-2022-23-1-130-140
Для цитирования: Импеданс и диэлектрические свойства станнатов Bi2Sn2-xFexO7 / Л. В. Удод, С. С. Ап-леснин, Х. Абдельбаки, С. О. Коновалов // Сибирский аэрокосмический журнал. 2022. Т. 23, № 1. С. 130-140. Doi: 10.31772/2712-8970-2022-23-1-130-140.
For citation: Udod L. V., Aplesnin S. S., Abdelbaki H., Konovalov S. O. Impedance and dielectric properties of Bi2Sn2-xFexO7 stannates. Siberian Aerospace Journal. 2022, Vol. 23, No. 1, P. 130-140. Doi: 10.31772/2712-89702022-23-1-130-140.
Импеданс и диэлектрические свойства станнатов Bi2Sn2-xFexO7
1 12 2* 2 Л. В. Удод , С. С. Аплеснин ' , Х. Абдельбаки , С. О. Коновалов
1 Институт физики имени Л. В. Киренского СО РАН - обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50, стр. 38
2Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: abdel.hichem@outlook.fr
Исследуются станнаты висмута BiSn^FePy, х = 0,1; 0,2 обнаруживающие свойства мульти-ферроиков. Изучается механизм взаимодействия между диэлектрической и электронной подсистемами на основе измерений электросопротивления на переменном токе, импеданса, емкости и тангенса угла диэлектрических потерь в интервале температур 100-600 К на частотах 102-106 Hz. Из сопоставления диэлектрической проницаемости и реактивной компоненты импеданса установлен парамагнитный вклад электронов в динамическую магнитную восприимчивость. Обнаружены скачки импеданса по температуре в результате изменения структурных характеристик. Температурные зависимости диэлектрической проницаемости описываются в модели Дебая. Найден активационный характер времени релаксации и два канала релаксации. Вычислена энергия активации электронов в миграционной поляризации.
Ключевые слова: пиростаннат висмута, диэлектрическая проницаемость, импеданс, время релаксации, модель Дебая.
Impedance and dielectric properties of Bi2Sn2-xFexO7 stannates
L. V. Udod1, S. S. Aplesnin1, 2, H. Abdelbaki2", S. O. Konovalov2
1Kirensky Institute of Physics, Federal Research Center KSC SB RAS 50, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation 2Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: abdel.hichem@outlook.fr
Bismuth stagnnates BiSn^FePy, х = 0,1; 0,2 which reveal the properties of multiferroics, are investigated. The mechanism of interaction between dielectric and electronic subsystems is studied, based on measurements of electrical resistance at alternating current, impedance, capacitance and dielectric loss tangent in the temperature range 100-600 K at frequencies 102-106 Hz. From a comparison of the dielectric permittivity and the reactive component of impedance, the paramagnetic contribution of electrons to the dynamic magnetic susceptibility was established. Impedance jumps on temperature were detected as a result of changes in structural characteristics. The temperature dependences of the permittivity are described in the Debye model. An activation character of the relaxation time and two relaxation channels were found. The activation energy of electrons in the migratory polarization is calculated.
Keywords : bismuth pyrostannate, permittivity, impedance, relaxation time, Debye model.
Введение
В аэрокосмической отрасли требуются материалы для микроэлектроники, которые могут функционировать в широкой области температур. Перспективными материалами являются мультиферроики, на основе которых можно записывать информацию магнитным и электрическим полями. К числу таких материалов относится пиростаннат висмута. Пиростаннат висмута Б128п2О7 относится к семейству соединений с пирохлорной структурой [1], проявляющих свойства ферроэлектриков [2] и колоссального магнитосопротивления [3].
В полиморфном В^п207 найдены три структурные модификации, относящиеся к пирохлорной структуре. Выше 900 К соединение обладает кубической структурой с небольшими смещениями ионов Б13+ от идеальной структуры пирохлора и относится к у-фазе [1]. В интервале температур 390-900 К реализуется Р-фаза с орторомбической структурой [4]. При комнатной температуре В^п207 находится в нецентросимметричной моноклинной структуре (а-фазе) с пространственной группой Р1с1 [5]. Структура В^п207 хорошо описывается двумя взаимопроникающими оксидными подрешетками. Подрешетка 8п2О6 состоит из 8пО6 октаэдров, соединенных вершинами, образуя шестигранные кольца. В подрешетке В12О' катион Б13+ тетраэд-рически координирован анионами О' с линейными связями О'—А—О'.
Установлено, что переходы в а- и Р-фазы происходят с вращением тетраэдров В12О', которые смещают ионы Б1 к вершине а-фазы и ребру в Р-фазе кислородного октаэдра 8пО6. Коррелированные смещения Б13+ могут привести к фазовым переходам в сложные упорядоченные структуры, которые в свою очередь приведут к изменению макроскопических свойств.
Фазовые переходы типа смещения наблюдались в кристаллической структуре типа перов-скита (АВХ3). Переход ниже Тс сопровождается возникновением упорядоченных искажений кристаллической решетки, приводящих к понижению ее симметрии. В зависимости от природы элементов, входящих в состав указанных соединений, упорядоченные искажения могут быть связаны с поворотом октаэдров ВХ6 относительно координатных осей или со смещением катионов, либо с тем и другим одновременно.
В соединениях К№О3 и №№О3 процессы типа смещения являются преобладающими при низких температурах [6]. В монокристаллах №№О3 фазовый переход индуцируется электрическим полем с Е = 50 кУ/см, направленным вдоль оси [101] ромбической ячейки антисегнето-электрической фазы. Под действием поля анионы кислорода смещаются в противоположные направления и кислородные октаэдры поворачиваются [7]. Влияние структурных переходов и изменение распределения дефектов вследствие миграции ионов № отразилось в электрической проводимости №№О3 [8]. Температуры аномалий электропроводности и диэлектрической проницаемости ниже 120 К близки к температурам структурных фазовых переходов и вызваны динамикой доменов, которая происходит в окрестности фазового перехода [9].
Двойные оксиды со структурой пирохлора обнаруживают ряд низкотемпературных магнитных и электрических фазовых переходов. Например, переходы в состояние спинового стекла в У2Мо2О7 и спиновой жидкости в ТЬ2Т12О7, разупорядоченный спиновый лед в Ио2Т12О7 и Бу2Т12О7, упорядоченный спиновый лед в ТЬ28п2О7, сверхпроводимость в С^Яе2О7 [10]. Эти физические свойства материалов, проявляющиеся при экстремально низких температурах, являются одним из актуальных направлений физики конденсированного состояния.
В висмут содержащих сложных оксидах, например в недопированном В113Мо5О34±5 и замещенных, наблюдается переход из триклинной в моноклинную модификацию с увеличением температуры. В образце В^3Мо4.9Ре0лО34±5 при повышении температуры происходит разупоря-дочение молибден-кислородных полиэдров. Подобные перегруппировки в подрешетке кислорода могут приводить к отклонению параметров структуры от линейных зависимостей в области высоких температур, а также к изменению физико-химических свойств, что наблюдалось для всех составов рассматриваемых твердых растворов. При наличии фазовых переходов из моноклинной в триклинную модификацию на политермах проводимости фиксируется изменение наклона зависимостей. Низкотемпературный интервал в политермах характеризует-
ся наибольшими значениями энергии активации Еас = 0,9 - 1,3 еУ. Совместный анализ результатов импедансных и структурных исследований показал, что изменение проводимости материалов в высокотемпературном и среднетемпературном интервале соотносятся с изменениями в кислородной подрешетке оксидов в рамках моноклинной модификации. Это связано с разу-порядочением кислородных полиэдров. Зависимость электропроводности от концентрации до-панта имеет параболический вид с максимумом. При этой концентрации структура характеризуется наибольшими искажениями и существенно разупорядочена. Лучшим по проводящим характеристикам является В^3Мо4.7Ре0.3О34±5 [11].
Катионное легирование меняет структуру пирохлора и основные физические свойства соединений, поскольку структурные и физические свойства коррелируют между собой. Эта группа соединений может быть потенциально востребованной в качестве материалов для электрохимических устройств, электронных устройств нового поколения вследствие относительно невысоких температур синтеза допированных титанатов висмута и значительного повышения их термической стабильности. Возможность распределения атомов допирующих элементов по двум эквивалентным кристаллографическим позициям увеличивает вариативность свойств соединений, обусловленную различной природой допирующего элемента, влияет на дефектность катионной и анионной подрешеток, транспортные свойства ионов (в частности подвижного кислорода О').
Допирование титаната висмута В12Т12О7 [12] атомами железа приводит к уменьшению величины ЕЁ от 2,83 еУ для В12Т12О7 до 2,43 еУ (В12Т12О7 с добавлением 1 % Бе). Уменьшение величины энергии запрещенной зоны объясняется тем, что атомы железа могут распределяться в А и В позиции. За счет распределения их в позициях титана уменьшается мобильность дырок и электронов. В соединениях В12Т12-хМхО7 замещенных ^элементами (где М = У, Сг, Мп, Бе, N1,) с х = 0,5 при распределении атомов 3^элементов в позициях титана в запрещенной зоне появляется примесный уровень. При замещении титана железом уровень располагается ближе к потолку валентной зоны, при замещении хромом - ближе ко дну зоны проводимости. Железосодержащие титанаты висмута В11,6РехТ12О7-5 (х < 0,4) проявляют в большей части электронную проводимость.
Гетеровалентное замещение ионов Б13+ и 8п4+ в Б128п2О7 приводит к изменению температуры а^Р перехода [1; 13-16] и может привести к дальнейшему понижению кристаллической симметрии. Замещение ионов 8п4+ ионами Бе3+ индуцирует искажения кристаллической структуры и с ростом концентрации приводит к фазовым переходам типа смещения. Так, в Б12(8п1_хРех)2О7 с концентраций х = 0,2 при Т = 140 К обнаружен переход из моноклинной в триклинную симметрию [17].
Отсутствие центра инверсии в пиростаннате висмута является предпосылкой существования ферроэлектрического порядка при низких температурах. Теоретические расчеты, проведенные из первых принципов, подтверждают это предположение [1]. В Б12(8п08Ре0,2)207 обнаружено магнитоэлектрическое (МЭ) взаимодействие до 300 К [18]. Внешнее электрическое поле приводит к деформации кристаллической решетки и образованию электрической поляризации. Индуцируемая магнитным полем электрическая поляризация является четной функцией магнитного поля, за исключением области структурного фазового перехода 140-160 К, где преобладает линейный магнитоэлектрический эффект. Индуцированная магнитным полем электрическая поляризация уменьшается при нагревании.
Цель работы: определить температурный интервал образования миграционной электронной поляризации, которая проявится в диэлектрических свойствах, и установить индуктивный вклад электронов в реактивное сопротивление, связанный с объемным зарядом в образце В^^п^е,)^, х = 0; 0,1; 0,2.
Методика эксперимента
Синтез Б128п2_хРехО7, х = 0,1; 0,2 осуществлялся методом твердофазной реакции. Синтезированные образцы соответствуют моноклинной ячейке Рс в а-фазе Б128п2О7 [18].
Исследования электрических свойств выполнены четырехзондовым методом на электрометре 6517 В в температурной области 100-600 К. Импеданс, емкость и тангенс угла потерь измерены на анализаторе компонентов AM-3028 в интервале частот 1-300 kHz и температур 100-600 K.
1. Диэлектрическая проницаемость
Спектральные и температурные зависимости диэлектрических констант можно использовать для обнаружения дипольного электрического момента и определения его характеристик, даже когда речь идет о локальном дипольном моменте в малых кластерах без дальнего дипольного порядка. Диэлектрические характеристики отражают также информацию о зарядовом транспорте и процессах зарядового упорядочения [19-23].
Температурная зависимость диэлектрической проницаемости Bi2(Sn1-xFex)2O7, х = 0,1 и 0,2 представлена на рис. 1. Реальная часть диэлектрической проницаемости для х = 0,1 (рис. 1, а) имеет два максимума Re(s) при температурах ~270-280 и ~640 К. Первый максимум связан с локализацией электронов при Т = 280 К и второй при Т = 640 К со структурным переходом с потерей центра инверсии. Изменение диэлектрической проницаемости (s(T = 280 К) - s(T = = 100 К)) / s(T = 100 К) при 280 К растет с понижением частоты и достигает 3 % при 1 kHz.
T, K T, K
Рис. 1. Температурная зависимость реальной части диэлектрической проницаемости Bi2 (Sn1-xFex)2O7: а - х = 0,1; кривая 1 соответствует 1 kHz; 2 - 5 kHz; 3 - 10 kHz; 4 - 50 kHz; 5 - 100 kHz;
6 - 300 kHz; б - х = 0,2; кривая 1 соответствует 1 kHz; 2 - 5 kHz; 3 - 10 kHz; 4 - 50 kHz; 5 - 100 kHz;
6 - 300 kHz. Пунктирные линии соответствуют теоретическим расчетам в модели Дебая (1.1)
Fig. 1. Temperature dependence of the real part of the dielectric permittivity Bi2(Sn1-xFex)2O7: а - х = 0.1; curve 1 corresponds to 1 kHz; 2 - 5 kHz; 3 - 10 kHz; 4 - 50 kHz; 5 - 100 kHz;
6 - 300 kHz; b - х = 0.2, curve 1 corresponds to 1 kHz; 2 - 5 kHz; 3 - 10 kHz; 4 - 50 kHz; 5 - 100 kHz; 6 - 300 kHz. Dashed lines correspond to the theoretical calculations in the Debye model (1.1)
Температурные зависимости мнимой части диэлектрической проницаемости Im(T) для х = 0,1 (рис. 2, а) также имеют аномалию в виде широких максимумов диэлектрических потерь в этой области температур. Диэлектрическую восприимчивость опишем в модели Дебая:
Re(s) = S0 + A / (1 + (ютО2) + B / (1 + (ЮТ2)2), (1.1)
Im(s ) = Ают1 / (1 + (ЮТ1)2) + B®T2 / (1 + (ЮТ2)2), (1.2)
где т12 = T01,2exp(-AE1,2 / kT) - время релаксации; ДБ - энергия активации. Подгонка к экспериментальным данным дает две энергии ДБ1 = 1700 К и AE2 = 6400 К.
С увеличением концентрации ионов железа до х = 0,2 меняется вид кривых диэлектрической проницаемости. Температурная зависимость действительной части диэлектрической проницаемости (рис. 2, б) имеет максимум при Т = 140 К, который подтверждает наличие структурного перехода в триклинную симметрию [17]. Структурный фазовый а^Р переход для х = 0,2 смещается в сторону меньших температур до Т = 350 К. Диэлектрические потери в Bi2(Sn1-xFex)2O7 с х = 0,2
(рис. 2, б) максимальны в этой области температур, интенсивность которых уменьшается с ростом частоты Эти экспериментальные результаты согласуется со смягчением ИК мод, аномалиями на кривых температурных зависимостей коэффициентов теплового расширения и затухания звука [17]. В Р-фазе происходит переход с потерей центра инверсии при 640 К, который также проявляется в аномальном росте диэлектрической проницаемости и описывается в модели Дебая.
T, K T, K
Рис. 2. Температурная зависимость мнимой части диэлектрической проницаемости Bi2(Sn1-xFex)2O7: а - х = 0,1; кривая 1 соответствует 1 kHz; 2 - 5 kHz; 3 - 10 kHz; 4 - 50 kHz; 5 - 100 kHz; б - х = 0,2; кривая 1 соответствует 5 kHz; 2 - 10 kHz; 3 - 50 kHz; 4 - 100 kHz.
Пунктирные линии соответствуют теоретическим расчетам в модели Дебая (1.2)
Fig. 2. Temperature dependence of the imaginary part of Bi2(Sn1-xFex)2O7 dielectric constant: а - х = 0,1, curve 1 corresponds to 1 kHz; 2 - 5 kHz; 3 - 10 kHz; 4 - 50 kHz; 5 - 100 kHz; b - х = 0.2; curve 1 corresponds to 5 kHz; 2 - 10 kHz; 3 - 50 kHz; 4 - 100 kHz. Dashed lines correspond to the theoretical calculations in the Debye model (1.2)
На частоте 300 kHz мнимая часть диэлектрической проницаемости слабо зависит от температуры для х = 0,2. Это связано с электронной миграционной поляризацией, которая обусловлена межзеренными границами в поликристаллическом образце. Электроны делокализуются в некоторой области (на межзеренных границах) и с ростом температуры радиус локализации электронов и поляризация увеличиваются.
2. Импеданс
Импедансная спектроскопия позволяет оценить емкостной и индуктивный вклад носителей тока в образцах [24-26]. Импеданс рассчитан по формуле Z2 = R2 + X2, где R - активное сопротивление; X - реактивное сопротивление, которое имеет емкостную ХС = 1 / wC и индуктивную XL = wL составляющие. Температурные зависимости нормированного реактивного сопротивления Bi2(Sn1-xFex)2O7, x = 0,1 и 0,2 представлены на рис. 3. Температуры скачка мнимой части импеданса Im(Z) / Im(Z(T = 80 K)) на 6-8 % при 220 К для х = 0,1 и изменение g-фактора совпадают (рис. 3, а). При температуре Т = 215 К величина g-фактора увеличилась на 1 % (вставка, рис. 3, а) и ширина линии ЭПР резко возрастет с понижением температуры [18].
Отличие температурного поведения реактивного сопротивления XLC от емкостного Хс (рис.
3, а) указывает на индуктивный вклад, который дает информацию о динамической магнитной восприимчивости %(ш). Так индуктивность (L) пропорциональна магнитной проницаемости (ц), L = 1 + х и AXl = Xm(T) - %ш(Т = 80 К). Для х = 0,1 емкостное сопротивление практически не зависит от температуры на высоких частотах. При последовательном соединении XL и ХС изменение реактивного сопротивления AXLC= XL (Т) - ХС(Т) - Х^Т = 80 К) - ХС(Т = 80 К) = Х^Т) - Х^Т = 80 К) = %ш(Т) - %ш(Т = 80 К) вызвано ростом динамической магнитной восприимчивости в результате появления электронов на поверхности Ферми и парамагнитного вклада. Паулевская восприимчивость не зависит от температуры, что качественно согласуется с экспе-
риментальными данными. Скачок в реактивном сопротивлении при 360 К вызван увеличением концентрации электронов на поверхности Ферми на одни процент.
т, к т, к
Рис. 3. Температурная зависимость приведенного импеданса и приведенной емкости Bi2(Sn1_xFex)2O7: а - х = 0,1; кривая 1 соответствует 1 kHz; 2 - 5 kHz; 3 - 10 kHz; 4 - 50 kHz; 5 - 100 kHz; 6 - 300 kHz.
На вставке приведена температурная зависимость g-фактора для х = 0,1; б - х = 0,2; кривая 1 соответствует 1 kHz; 2 - 5 kHz; 3 - 10 kHz; 4 - 50 kHz; 5 - 100 kHz; 6 - 300 kHz
Fig. 3. Temperature dependence of reduced impedance and reduced capacity Bi2(Sn1-xFex)2O7: а - х = 0.1, curve 1 corresponds to 1 kHz; 2 - 5 kHz; 3 - 10 kHz; 4 - 50 kHz; 5 - 100 kHz; 6 - 300 kHz; the insert shows the temperature dependence of the g-factor for x = 0.1; b - х = 0.2; curve 1 corresponds to 1 kHz; 2 - 5 kHz; 3 - 10 kHz; 4 - 50 kHz; 5 - 100 kHz; 6 - 300 kHz
На температурной зависимости импеданса Bi2(Sn1-xFex)2O7, x = 0,2 имеется аномалия в виде минимума Z''/Z' (Т = 80 К) в окрестности Tmin = 310 К, которая уменьшается с увеличением частоты на 2 порядка. Температура Tmin практически не зависит от частоты. Уменьшение импеданса в интервале 260-310 К происходит за счет индуктивного сопротивления, так как емкостное сопротивление практически не зависит от температуры в этом интервале. Локализация электронов в этой области температур приводит к уменьшению концентрации электронов на поверхности Ферми и к уменьшению вклада в парамагнитную восприимчивость X(L,C) = хДТ) -
Хш(Т = 80 K)--0,03. Это подтверждается наличием широкого максимума на температурной
зависимости активного сопротивления (рис. 4, б) при 260-340 К. Нагрев до 400 К снова приводит к локализации носителей заряда, росту емкости, независимости сопротивления от температуры и уменьшения парамагнитного вклада электронов в магнитную восприимчивость. Такое необычное температурное поведение импеданса связано с наличием полиморфных переходов [27-28], сосуществования кристаллических доменов с разными фазами, в которых локализуются носители тока [29-30].
При замещении ионов олова железом, а^Р переход растягивается по температуре. Так, на температурной зависимости коэффициента затухания звука Bi2(Sn1-xFex)2O7, х = 0,2 имеются аномалии при Т = 350 и 400 К, которые согласуются с аномалиями на температурной зависимости коэффициента теплового расширения образца в интервале 320-380 К. Часть доменов, содержащих ионы железа, начинают переходить в Р-фазу при Т = 350 К [17]. Выше 460 К уменьшение импеданса в Bi2(Sn1-xFex)2O7, х = 0,1 и 0,2 обусловлено ростом емкости в результате релаксационной проводимости.
Температурные зависимости сопротивления на переменном токе Bi2(Sn1-xFex)2O7, х = 0,1 и 0,2 приведены на рис. 4 для ряда частот от 1 до 300 kHz. Активное сопротивление для х = 0,1 имеет небольшие скачки при температуре Т = 220 К и для х = 0,2 широкий максимум в интервале 260-360 К (рис. 4, б). Этот аномальный участок Я(Т) коррелирует с широким максимумом в температурной зависимости диэлектрической проницаемости, который мы связываем с поэтапным переходом соединения в Р-фазу. В этом же интервале температур наблюдается смягчение ИК моды на частоте 510-540 см-1, отвечающие за растягивающие колебания Bi-O'-связи [17].
- BiSnFeO x=0.1 1kHz
- BiSnFeO x=0.1 5kHz BiSnFeO x=0.1 10kHz BiSnFeO x=0.1 50kHz BiSnFeO x=0.1 100kHz
- BiSnFeO x=0.1 300kHz 50 pts SG smooth of "R" 50 pts SG smooth of "R" 50 pts SG smooth of "R" 50 pts SG smooth of "R" 50 pts SG smooth of "R" 50 pts SG smooth of "Smoothed Y3'
- 1 kHz x=0.2
- 5 Ohm x=0.2
- 10 kHz x=0.2
- 50 kHz x=0.2
- 100 kHz x=0.2 300 kHz x=0.2 50 pts SG smooth of "R" 50 pts SG smooth of "R"
300 T (K)
T (K)
Рис. 4. Температурная зависимость сопротивления на переменном токе Bi2(Sn1-xFex)2O7: а - х = 0,1; кривая 1 соответствует 1 kHz; 2 - 5 kHz; 3 - 10 kHz; 4 - 50 kHz; 5 - 100 kHz; 6 - 300 kHz; б - х = 0,2; кривая 1 соответствует 1 kHz; 2 - 5 kHz; 3 - 10 kHz; 4 - 50 kHz; 5 - 100 kHz; 6 - 300 kHz. Сплошные линии соответствуют теоретическим расчетам (2.1)
Fig. 4. Temperature dependence of the resistance at alternating current Bi2(Sn1-xFex)2O7: a - x = 0.1; curve 1 corresponds to 1 kHz; 2 - 5 kHz; 3 - 10 kHz; 4 - 50 kHz; 5 - 100 kHz; 6 - 300 kHz; b - x = 0.2; curve 1 corresponds to 1 kHz; 2 - 5 kHz; 3 - 10 kHz; 4 - 50 kHz; 5 - 100 kHz; 6 - 300 kHz. Solid lines correspond to theoretical calculations
10
400
500
В области высоких температур сопротивление на переменном токе резко возрастает для двух концентраций. Активное сопротивление характеризует поглощение электромагнитного излучения, и его можно описать в модели Дебая:
Яе(2) = А ют / (1 + (ют)2), (2.1)
где время релаксации описывается законом Аррениуса т = т0 ехр(-ДБ / кТ) с ДБ = 6400 К. Максимум поглощения достигается в области фазового перехода с потерей центра инверсии, что подтверждается данными дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), выполненными для соединений Б12(8п1-хСгх)207, х = 0 - 0,1. ДСК обнаруживают размазанные экзо- и эндоэффекты в районе 600 и 646 К [19]. Модель Дебая удовлетворительно описывает температурную зависимость сопротивления выше 400 К. Максимумы на теоретических кривых при Т > 600 К связаны с фазовым переходом с потерей центра инверсии, Гтах увеличивается с ростом частоты [17].
Заключение
В пиростаннате висмута Б12(8п1-хРех)207, х = 0,1 изменение g-фактора при 220 К связано с индуктивным вкладом электронов в импеданс и ростом Паулевского вклада в парамагнитную восприимчивость. Аномалия в диэлектрической проницаемости при 280 К связана с локализацией носителей тока. Выше этой температуры проводимость имеет активационный характер. В окрестности 360 К найден растянутый а^Р переход с сосуществованием фаз, который сопровождается ростом динамической парамагнитной восприимчивости. В Б12(8п08Ре02)207 обнаружен индуктивный вклад в импеданс в окрестности смены типа проводимости с туннельного на активационный тип и в орторомбической Р-фазе.
Библиографические ссылки
1. Polymorphism in Bi2Sn2O7 / R. D. Shannon, J. D. Bierlein, J. L. Gillson et al. // J. Phys. Chem. Solids. 1980. Vol. 41, Is. 2. P. 117-122.
2. Ferroelectricity in oxides of fluorite structure / Cook W. R., J. r. and Jaffe H. // Phys. Rev. 1952. Vol. 88. P. 1426.
3. Colossal magnetoresistance without Mn3+/Mn4+ double exchange in the stoichiometric pyrochlore Tl2Mn2O7 / M. A. Subramanian, B. H. Toby, A. P. Ramirez et al. // Science. 1996. Vol. 273, No. 5271. P. 81-84.
4. Electrical and Dielectrical Propeties of Gas- Sensor Resistive Type Bi2Sn2O7 / L. V. Udod, N. S. Maxim, S. S. Aplesnin, M. S. Molokeev // Solid State Phenomena. 2014. Vol. 215. P. 503-506.
5. The local structure and the nature of phase transitions in KNbO3 / V. A. Shuvaeva, K. Yanagi, K. Yagi et al. // Solid State Communications. 1998. Vol. 106, No. 6. P. 335-339.
6. Crystal structure of the electric-field-induced ferroelectric phase of NaNbO3 / V. A. Shuvaeva, M. Yu. Antipin, S. V. Lindeman et al. // Ferroelectrics. 1993. Vol. 141. P. 307-311.
7. Modulated phases in NaNbO3: Raman scattering, synchrotron x-ray diffraction, and dielectric investigations / Yu. I. Yuzyuk, P. Simon, E. Gagarina et al. // Journal of Physics Condensed Matter. 2005. Vol. 17, No. 33. P. 4977-4990.
8. Nano-scale chemical and structural segregation induced in surface layer of NaNbO3 crystals with thermal treatment at oxidising conditions studied by XPS, AFM, XRD, and electric properties tests / A. Molak, M. Pawelczyk, J. Kubacki, K. Szot // Phase Transit. 2009. Vol. 82, Is. 9. P. 662-682.
9. Macutkevic J., Molak A., Banys J. Dielectric Properties of NaNbO3 / Ceramics // Ferroelectrics. 2015. Vol. 479. P. 48-55.
10. Gardner J. S., Gingras M. J. P., Greedan J. E. Magnetic pyrochlore oxides // Rev. Mod. Phys. 2010. Vol. 82, No. 1. P. 53-107.
11. Кислородно-ионные проводники на основе замещенных молибдатов висмута с колончатыми структурными фрагментами / З. А. Михайловская, Е. С. Буянова, С. А. Петрова и др. // Электрохимия 2013. Т. 49, No. 7. C. 738-744.
12. Band-engineering bismuth titanate pyrochlores for visible light photocatalysis / S. Murugesan, M. N. Huda, Y. Yan et al. // J. Phys. Chem. Solids. 2010. Vol. 114. P. 10598-10605.
13. Bi2(Sn0 95Cr0 05)2O7: Structure, IR spectra, and dielectric properties / S. S. Aplesnin, L. V. Udod, M. N. Sitnikov, N. P. Shestakov // Ceramics International. 2016. Vol. 42. P. 5177-5183.
14. Aplesnin S. S., Udod L. V., Sitnikov M. N. Electronic transition, ferroelectric and thermoelectric properties of bismuth pyrostannate Bi2(Sn0.85Cr0.i5)2O // Ceramics International. 2018. Vol. 44. P.1614-1620.
15. Dipole glass in chromium-substituted bismuth pyrostannate / S. S. Aplesnin, L. V. Udod, M. N. Sitnikov et al. // Mater. Res. Express. 2018. Vol. 5. P. 115202.
16. Магнитные диэлектрические и транспортные свойства пиростанната висмута Bi2(Sn09Mn0.i)2O7 / С. С. Аплеснин, Л. В. Удод, М. Н. Ситников и др. // Физика твердого тела. 2017. Т. 59, вып. 11. С. 2246-2251.
17. Phase transitions in bismuth pyrostannate upon substitution of tin by iron ions / L. V. Udod, S. S. Aplesnin, M. N. Sitnikov et al. // Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 804. P. 281-287.
18. Magnetodielectric Effect and Spin State of Iron Ions in Substituted Bismuth Pyrostannate / L. V. Udod, S. S. Aplesnin, M. N. Sitnikov et al. // Eur. Pphy. J. Plus. 2020. Vol. 135. P. 776.
19. Dielectric and electrical properties of polymorphic bismuth pyrostannate Bi2Sn2O7 / L. V. Udod, S. S. Aplesnin, M. N. Sitnikov, M. S. Molokeev // Physics of the Solid State. 2014. Vol. 56, Is. 7. P. 1315-1319.
20. Magnetic, dielectric, and transport properties of bismuth pyrostannate Bi2(Sn0.9Mn0.1)2O7 / S. S. Aplesnin, L. V. Udod, M. N. Sitnikov et al. // Physics of the Solid State. 2017. Vol. 59, Is. 11. P.2268-2273.
21. Enhancement of the magnetocapacitance effect in an external electric field in La xBi1-xFeO3 films / S. S. Aplesnin, V. V. Kretinin, A. M. Panasevich, K. I. Yanushkevich // Journal of Experimental and Theoretical Physics. 2015. Vol. 121, Is. 3. P. 422-428.
22. Aplesnin S. S., Sitnikov M. N. Magnetocapacitance effect in GdxMn1-xS // Physics of the Solid State 2016. Vol. 58, Is. 6. P. 1148-1153.
23. Influence of cation substitution on dielectric and electric properties of bismuth stannates Bi2Sn1.9Me0.1O7 (Me = Cr, Mn) / S. S. Aplesnin, L. V. Udod, Y. Y. Loginov et al. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 467, Is. 1. P. 012014.
24. Magnetoresistance, magnetoimpedance, magnetothermopower, and photoconductivity in silver-doped manganese sulfides / O. B. Romanova, S. S. Aplesnin, L. V. Udod et al. // Journal of Applied Physics. 2019. Vol. 125, Is. 17. P. 175706.
25. Influence of Induced Electrical Polarization on the Magnetoresistance and Magnetoimpedance in the Spin-Disordered TmxMn1-xS Solid Solution / S. S. Aplesnin, M. N. Sitnikov, A. M. Kharkov et al. // Physica Status Solidi (B) Basic Research. 2019. Vol. 256, Is. 10. P. 1900043.
26. Magnetoimpedance and magnetocapacitance of anion-substituted manganese chalcogenides / S. S. Aplesnin, O. B. Romanova, V. V. Korolev et al. // Journal of Applied Physics. 2017. Vol. 121, Is. 7. P. 075701 .
27. Polymorphism in MnSe1-xTex thin-films / O. B. Romanova, S. S. Aplesnin, M. N. Sitnikov et al. // Solid State Communications. 2019. Vol. 287. P. 72-76.
28. Корреляция магнитных и транспортных свойств с полиморфными переходами в пиро-станнате висмута Bi2(Sn1-xCrx)2O7 / С. C. Аплеснин, Л. В. Удод, М. Н. Ситников и др. // Физика твердого тела. 2015. Т. 57, вып. 8. С. 1590-1595 .
29. Aplesnin S. S., Udod L. V., Sitnikov M. N. Electronic transition, ferroelectric and thermoelectric properties of bismuth pyrostannate Bi2(Sn0.85Cr0.15)2O7 // Ceramics International. 2018. Vol. 44, Is. 2. P. 1614-1620.
30. Mott N. F., Davis E. F. Electronic Processes in Non-Crystalline Materials. Oxford, 1971.
Refenrences
1. Shannon R. D., Bierlein J. D., Gillson J. L., Jones G. A., Sleight A. W. Polymorphism in Bi2Sn2O7. J. Phys. Chem. Solids. 1980, Vol. 41, Is. 2, P. 117-122.
2. Cook W. R., J. r. and Jaffe H. Ferroelectricity in oxides of fluorite structure. Phys. Rev. 1952, Vol. 88, P. 1426.
3. Subramanian M. A., Toby B. H., Ramirez A. P., Marshall W. J., Sleight A. W., Kwei G. H. Colossal magnetoresistance without Mn3+/Mn4+ double exchange in the stoichiometric pyrochlore Tl2Mn2O7. Science. 1996, Vol. 273, No. 5271, P. 81-84.
4. Udod L. V., Maxim N. S., Aplesnin S. S., Molokeev M. S. Electrical and Dielectrical Propeties of Gas- Sensor Resistive Type Bi2Sn2O7. Solid State Phenomena. 2014, Vol. 215, P. 503-506.
5. Shuvaeva V. A., Yanagi K., Yagi K., Sakaue K., Terauchi H. The local structure and the nature of phase transitions in KNbO3. Solid State Communications. 1998, Vol. 106, No. 6, P. 335-339.
6. Shuvaeva V. A., Antipin M. Yu., Lindeman S. V. et al. Crystal structure of the electric-field-induced ferroelectric phase of NaNbO3. Ferroelectrics. 1993, Vol. 141, P. 307-311.
7. Yuzyuk Yu. I., Simon P., Gagarina E., Hennet L., Thiaudiere D., Torgashev V. I., Raevskaya S. I., Raevskii I. P., Reznitchenko L. A., Sauvajol J. L. Modulated phases in NaNbO3: Raman scattering, synchrotron x-ray diffraction, and dielectric investigations. Journal of Physics Condensed Matter. 2005, Vol. 17, No. 33, 4977-4990.
8. Molak A., Pawelczyk M., Kubacki J., Szot K. Nano-scale chemical and structural segregation induced in surface layer of NaNbO3 crystals with thermal treatment at oxidising conditions studied by XPS, AFM, XRD, and electric properties tests. Phase Transit. 2009, Vol. 82, Is. 9, P. 662-682.
9. Macutkevic J., Molak A., Banys J. Dielectric Properties of NaNbO3 Ceramics. Ferroelectrics. 2015, Vol. 479, P. 48-55.
10. Gardner J. S., Gingras M. J. P., Greedan J. E. Magnetic pyrochlore oxides. Rev. Mod. Phys. 2010, Vol. 82, No. 1, P. 53-107.
11. Mikhaylovskaya Z. A., Buyanova E. S., Petrova S. A. et al. [Oxygen-ion conductors based on substituted bismuth molybdates with columnar structural fragments]. Elektrokhimiya. 2013, Vol. 49, No. 7, P. 738-744 (In Russ.).
12. Murugesan S., Huda M. N., Yan Y., Al-Jassim M. M., Subramanian V. R. Band-engineering bismuth titanate pyrochlores for visible light photocatalysis. J. Phys. Chem. Solids. 2010, Vol. 114, P.10598-10605.
13. Aplesnin S. S., Udod L. V., Sitnikov M. N., Shestakov N. P. Bi2(Sn0.95Cr0.05)2O7: Structure, IR spectra, and dielectric properties. Ceramics International. 2016, Vol. 42, P. 5177-5183.
14. Aplesnin S. S., Udod L. V., Sitnikov M. N. Electronic transition, ferroelectric and thermoelectric properties of bismuth pyrostannate Bi2(Sn0.85Cr015)2O. Ceramics International. 2018, Vol. 44, P.1614-1620.
15. Aplesnin S. S., Udod L. V., Sitnikov M. N., Kretinin V. V., Molokeev M. S., Mironova-Ulmane N. Dipole glass in chromium-substituted bismuth pyrostannate. Mater. Res. Express. 2018, Vol. 5, P. 115-202.
16. Aplesnin S. S., Udod L. V., Sitnikov M. N., Molokeev M. S., Tarasova L. S., Yanushkevich K. I. [Magnetic dielectric and transport properties of Bismuth pyrostannate Bi2(Sn09Mn01)2O7]. Fizika tver-dogo tela. 2017, Vol. 59, Is. 11, P. 2246-2251 (In Russ.).
17. Udod L. V., Aplesnin S. S., Sitnikov M. N., Romanova O. B., Molokeev M. N. Phase transitions in bismuth pyrostannate upon substitution of tin by iron ions. Journal of Alloys and Compounds. 2019, Vol. 804, P. 281-287.
18. Udod L. V., Aplesnin S. S., Sitnikov M. N., Romanova O. B., Bayukov O. A., Vorotinov A. M., Velikanov D. A., Patrin G. S. Magnetodielectric Effect and Spin State of Iron Ions in Substituted Bismuth Pyrostannate. Eur. Phy. J. Plus. 2020, Vol 135, P. 776.
19. Udod L. V., Aplesnin S. S., Sitnikov M. N., Molokeev M. S. Dielectric and electrical properties of polymorphic bismuth pyrostannate Bi2Sn2O7. Physics of the Solid State. 2014, Vol. 56, Is.7, P. 1315-1319.
20. Aplesnin S. S., Udod L. V., Sitnikov M. N., Molokeev M. S., Tarasova L. S., Yanushkevich K. I. Magnetic, dielectric, and transport properties of bismuth pyrostannate Bi2(Sn09Mn01)2O7. Physics of the Solid State. 2017, Vol. 59, Is. 11, P. 2268-2273.
21. Aplesnin S. S., Kretinin V. V., Panasevich A. M., Yanushkevich K. I. Enhancement of the magnetocapacitance effect in an external electric field in La xBi1-xFeO3 films. Journal of Experimental and Theoretical Physics. 2015, Vol. 121, Is. 3, P. 422-428.
22. Aplesnin S. S., Sitnikov M. N. Magnetocapacitance effect in GdxMn1-xS. Physics of the Solid State. 2016, Vol. 58, Is. 6, P. 1148-1153.
23. Aplesnin S. S., Udod L. V., Loginov Y. Y., Kretinin V. V., Masyugin A. N. Influence of cation substitution on dielectric and electric properties of bismuth stannates Bi2Sn1.9Me0.1O7 (Me = Cr, Mn). IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019, Vol. 467, Is. 1, P. 012014.
24. Romanova O. B., Aplesnin S. S., Udod L. V., Sitnikov M. N., Kretinin V. V., Yanushkevich, K. I., Velikanov D. A. Magnetoresistance, magnetoimpedance, magnetothermopower, and photoconductivity in silver-doped manganese sulfides. Journal of Applied Physics. 2019, Vol. 125, Is. 17, P. 175706.
25. Aplesnin S. S., Sitnikov M. N., Kharkov A. M., Masyugin A. N., Kretinin V. V., Fisenko O. B., Gorev M. V. Influence of Induced Electrical Polarization on the Magnetoresistance and Magnetoimpedance in the Spin-Disordered TmxMn1-xS Solid Solution. Physica Status Solidi (B) Basic Research. 2019, Vol. 256, Is. 10, P. 1900043.
26. Aplesnin S. S, Romanova O. B., Korolev V. V., Sitnikov M. N., Yanushkevich K. I. Magneto-impedance and magnetocapacitance of anion-substituted manganese chalcogenides. Journal of Applied Physics. 2017, Vol. 121, Is. 7, P. 075701.
27. Romanova O. B., Aplesnin S. S., Sitnikov M. N., Kharkov A. M., Masyugin A. N., Yanushke-vich K. I. Polymorphism in MnSei-xTex thin-films. Solid State Communications. 2019, Vol. 287, P.72-76.
28. Aplesnin S. C., Udod L. V., Sitnikov M. N., Eremin E. V., Molokeev M. S., Tarasova L. S., Yanushkevich K. I., Galyas A. I. [Correlation of magnetic and transport properties with polymorphic transitions in bismuth pyrostannate]. Fizika tverdogo tela. 2015, Vol. 57, Is. 8, P. 1590-1595 (In Russ).
29. Aplesnin S. S., Udod L. V., Sitnikov M. N. Electronic transition, ferroelectric and thermoelectric properties of bismuth pyrostannate Bi2(Sn085Cr015)2O7. Ceramics International. 2018, Vol. 44, Is. 2, P. 1614-1620.
30. Mott N. F., Davis E. F. Electronic Processes in Non-Crystalline Materials. Oxford, 1971.
'}[, Удод Л. В., Аплеснин С. С., Абдельбаки Х., Коновалов С. О., 2022
Удод Любовь Викторовна - кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики; Институт физики имени Л. В. Киренского СО РАН - обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН. E-mail: luba@iph.krasn.ru.
Аплеснин Сергей Степанович - доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики; Институт физики имени Л. В. Киренского СО РАН - обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева. E-mail: aplesnin@sibsau.ru.
Абдельбаки Хишем - аспирант кафедры физики; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева. E-mail: abdel.hichem@outlook.fr.
Коновалов Степан Олегович - аспирант кафедры; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева. E-mail: oleg@yandex.ru.
Udod Lyubov Viktorovna - Cand. Sc., Associate Professor of the Department of Physics; Kirensky Institute of Physics, Federal Research Center KSC SB RAS. E-mail: luba@iph.krasn.ru.
Aplesnin Sergey Stepanovich - Dr. Sc., Professor of the Department of Physics Kirensky Institute of Physics, Federal Research Center KSC SB RAS; Reshetnev Siberian State University of Science and Technology. E-mail: aplesnin@sibsau.ru.
Abdelbaki Hishem - post-graduate student of the Department of Physics; Reshetnev Siberian State University of Science and Technology. E-mail: abdel.hichem@outlook.fr.
Konovalov Stepan Olegovich - post-graduate student of the department; Reshetnev Siberian State University of Science and Technology. E-mail: oleg@yandex.ru.
