Магнитные свойства Bi 24(BiCo)o 40 Текст научной статьи по специальности «Физика»

Решетневские чтения

S. S. Aplesnin, A. M. Kharkov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

D. A. Balaev

L. V. Kirensky Institute of Physics, Russian Academy of Science, Siberian Branch, Russia, Krasnoyarsk

V. V. Sokolov

Inorganic Chemistry University, Russian Academy of Science, Siberian Branch, Russia, Novosibirsk ELECTRICAL PROPERTIES OF SmxMn1-xS MIXED-VALENCE COMPOUNDS

A study of electrical properties of the SmxMn1-xS mixed-valence compounds in the range of temperature 90 К < T < 400 K for the compositions x = 0.15; x = 0.2, x = 0.25 is carried out. Metallic conductivity and maximum of resistance at the temperature T» 100K for x = 0.2 are found.

© Аплеснин С. С., Харьков А. М., Бадаев Д. А., Соколов В. В., 2010

УДК 669.713.7

С. С. Аплеснин, Л. В. Удод, И. А. Алдашов, М. Н. Ситников

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА Bi24(BiCo)O40

Проведены измерения магнитных свойств твердых растворов В124(В1Со)О40 в интервале температур 77 К < Т < 800 К в поле Н = 8 600 Ое. Обнаружен температурный гистерезис намагниченности в зависимости от предыстории.

Орбитальное упорядочение в системах с сильными электронными корреляциями является одним из необходимых компонентов появления новых физических свойств, таких как сверхпроводимость, магнитосо-противление, переход «металл-диэлектрик» и магнитные фазовые переходы. Понимание взаимодействий между спиновыми, зарядовыми, орбитальными и решеточными степенями свободы проясняют механизмы, стабилизирующие определенный тип упорядочения в системе.

Соединения переходных элементов с одним электроном или одной дыркой на е^уровне обнаруживают орбитальное упорядочение, например, ЬаМп03 [1] и КСиР3, в которых выявлен эффект колоссального магнитосопротивления и квазиодномерный антиферромагнитный порядок. Как правило, они обнаруживают кооперативный эффект Яна-Теллера и взаимодействие орбиталей через решетку пропорционально электрон-фононному взаимодействию g2/ю (ю - фо-нонная частота). Существует и другой класс соединений RV03, содержащих У3+ [2], где также существует орбитальное упорядочение, которое не сопровождается кооперативным эффектом Яна-Теллера, а проявляется искажениями в упругой решетке, имеющей разные знаки коэффициентов теплового расширения по осям кристалла. Это связано с упорядочением электронов по ^-орбиталям и образованием орбитального магнитного момента. Так, в ЬаСо03 наблюдается переход «металл-диэлектрик» выше температуры 500 К, что объясняется нарушением ближнего орбитального порядка.

Цель данной работы состояла в исследовании влияния корреляции вырожденных состояний трехвалентного иона кобальта на магнитные и электрические свойства В^4(СоВ^040.

Кобальтит висмута был получен методом твердофазной реакции. Рентгеноструктурный анализ показал, что синтезированное вещество имеет химическую формулу В^4(СоВ^040, кубическую симметрию с пространственной группой 123 и параметром решетки а = 10,1917(1) А. Элементарная ячейка содержит одну формульную единицу. Два структурно неэквивалентных атома висмута, В1(1) и В^2), занимают позиции: атом В1(1) - 24/, В^2) - 2а.

Атомы кобальта находятся в частном положении -2а; атомы кислорода О(1) и О(3) - в позиции 8с, а атом О(2) - в 24/. Атомы висмута и кобальта находятся в тетраэдрическом окружении из атомов кислорода.

Электронная конфигурация иона Со3+ в тетраэдри-ческом окружении соответствует заполнению eg-орбиталей и два электрона находятся на ^-оболочке вблизи химпотенциала. В результате сильного куло-новского взаимодействия между электронами на ^-орбиталях возможно неравномерное заселение dxz-и dyZ-орбиталей, т. е. в предельном случае одна из ор-биталей останется незанятой. Выигрыш в потенциальной энергии электронов составит 0,5 эВ. Колебания электронной плотности между орбиталями индуцируют деформацию гибридизированных орбиталей и вызывают колебания ионов кислорода и соответствующие моды колебаний тетраэдра. Заселенность dxz- и dyX-орбиталей индуцирует орбитальный магнитный момент = -цВ, заполнение dyz- и dyх-орбиталей дает = цВ, и результирующий момент равен нулю (при заселенных dyz- и dyх-орбиталях). Взаимодействие орбиталей с определенными модами колебаний тетраэдра формирует вибронные моды с волной спиновой плотности.

Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической отрасли

В В124(СоВ1)О40 возможно замораживание орбитального момента ниже температуры Т = 790 К. На рисунке изображена температурная зависимость восприимчивости образца в магнитном поле Н = 8 600 Э.

т. к

Название

Нормированная величина магнитного момента дана на графике-вставке. Наличие спонтанного магнитного момента подтверждается гистерезисом намагниченности, найденным при комнатной температуре.

Итак, в кубическом кристалле Bi24(CoBi)Ü40 обнаружен температурный гистерезис намагниченности в зависимости от предыстории образца, который, возможно, связан с образованием орбитального стекла.

Авторы выражают искреннюю благодарность К. И. Янушкевичу за исследования магнитных свойств.

Библиографические ссылки

1. Zhou J. S., Goodenough J. B. // Phys. Rev. 2003. B68. 144406.

2. Horsch P., Olesr A. M., Ferner L. F. et al. // PRL. 2008. 100. 167205.

S. S. Aplesnin, L. V. Udod, I. A. Aldashov, M. N. Sitnikov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

MAGNETIC PROPERTIES OF Bi24(BiCo)O40

Magnetic properties of solid Bi24(SiCo)O40 in 77 К < T< 800 K temperature interval and in external magnetic field Н = 8600 Ое were measured. Temperature hysteresis of magnetization in dependence of the prehistory was discovered.

© Аплеснин С. С., Удод Л. В., Алдашов И. А., Ситников М. Н., 2010

УДК 537.311.3

Г. И. Баринов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ТЕРМОМАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ТОНКИХ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ МАГГЕМИТА

Проведены измерения зависимости намагниченности тонких пленок маггемита от температуры и ориентации пленок. Обнаружено линейное поведение спонтанной намагниченности М/М3 = 2,2 (1 — Т/Тс) ниже температуры Кюри (Тс), которое объясняется изменением величины спина иона железа в тетраэдрических позициях вследствие локальных деформаций решетки.

Исследованию окислов железа уделяется интенсивное внимание в связи с возможным применением в качестве записывающих устройств в спинтронике, где они используются в виде тонких пленок или мульти-слоев. Понижение размерности значительно модифицирует упругие и магнитные свойства этих окислов. Так, в объемном образце маггемит (у^е2Оз) при температуре 560 К необратимо превращался в гематит (а^е2Оз), имеющий гексагональную кристаллическую структуру. Введение небольшого количества примесей двухвалентных ионов или осаждение на подложку из кристалла окиси магния приводит к резкому увеличению температуры кристаллического перехода до Т = 680...780 К и сохранению кубической фазы вплоть до Т < 680 К [1].

Структуру (у^е2Оз) можно рассматривать как составленную из трех шпинельных решеток, наложенных друг на друга в направлении оси с. Тетраэдриче-

ские и октаэдрические позиции заполнены трехвалентными ионами железа.

Цель настоящей работы состояла в определении температурной зависимости спонтанной намагниченности тонких пленок маггемита.

Необходимые для исследований тонкие монокристаллические слои (толщиной 0,1.1,0 |!т) маггемита эпитаксиально осаждались на подложки из кристаллов окиси магния (М^О) методом химических транспортных реакций. Подложки в виде тонких пластин скалывались в плоскости (100) из монокристалла кубической сингонии с параметром элементарной ячейки, равным 4,21 А. Необходимо отметить, что особенностью эпитаксиального осаждения является ориентированный рост кристалла на кристаллической подложке [6], вследствие чего монокристаллические слои маггемита растут в плоскости (100). Параметры