CC BY
30
УДК 53.043
О ПЕРСПЕКТИВЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ СОЕДИНЕНИЙ BiFeOs, ЗАМЕЩЕННЫХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
Л. А. Резниченко1, А. Б. Батдалов2, И. А. Вербенко1, О. Н. Разумовская1,
Л. А. Шилкина1, А. А. Амиров2
Синтезированы твердые растворы соединений Bii-xRexFe03 (Re = La, Nd; x = 0 — 0.2), исследованы их магнитоэлектрические и льагнитодиэлектрические свойства при комнатной температуре. Обнаружено усиление магнитоэлектрического и магнитодиэлектрического эффектов при увеличении степени легирования редкоземельной примесью в 'исследованном 'интервале концентрации х. Полученные результаты подтверждают перспективу применения, соединений на основе феррита висм/ута в качестве магнитоэлектрических преобразователей и датчиков магнитного поля.
Ключевые слова: мультиферроики. магнитоэлектрический эффект, магнитоемкость. феррит висмута, легированный редкоземельными элементами.
Мультиферроики на сегодняшний день рассматриваются как перспективные материалы микроэлектроники, сенсорной техники и нанотехнологий [1]. В основе их применения лежат такие явления, как магнитоэлектрический (МЭ) эффект и магнитоемкость. которые являются результатом взаимодействия их магнитной и электрической подсистем. В этом плане соединения на основе феррита висмута BiFe03 являются наиболее удобными магнитоэлектрическими материалами, благодаря простой структуре и высоким значениям температур магнитного и электрического упорядочений [2. 3]. Хо-
3
в нем пространственно-модулированной спиновой структуры, соединения на его основе
1 НИИ физики Южного федерального университета, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 194.
2 Институт физики Дагестантского научного центра РАН, г. Махачкала, ул. Ярагского, 94; e-mail: amiroif_a@mail.ru
(твердые растворы BiFe03 с сегнетоэлектриками, BiFe03, легированный редкоземельными элементами (РЗЭ)) весьма перспективны [4].
Целью H £1С ТОЯ Щв И работы было изучить насколько соединения на основе феррита висмута пригодны в качестве магнитоэлектрических преобразователей в широком спектре частот в тех устройствах^ где необходимо преобразовать магнитный сигнал в электрический, а также рассмотреть возможность их применения в качестве датчиков магнитного поля. Поэтому в качестве объектов исследования были выбраны керамические твердые растворы (ТР) Bu^La^Fe03, 03, где x = 0—0.2. Феррит висмута синтезирован методом твердофазных реакций из оксидов Bi203, Fe203 обжигом в две стадии с промежуточным помолом при температурах T1 = 740-760 °С, T2 = 780-800 °С и времени ri = т2 = 10 ч. ТР Bi^^La^Fe03 и 03, где x = 0.05, 0.1, 0.15, 0.2 также синтезированы из соответствующих оксидов при температурах T1 = 800 °С, T2 °
температура второго обжига повышается ~ на 10 градусов на каждые 5 мол.% РЗЭ.
°
в зависимости от состава.
МЭ эффект определялся путем измерения переменного напряжения, возникающего на образце при наложении на него переменного магнитного поля:
dE = dV dH = h • dH,
где h - толщина образца, dH - величина приложенного переменного магнитного по-dV
переменного магнитного поля. Амплитуда переменного поля была равна 457 А/т. В нашем случае вектор электрической поляризации был перпендикулярен вектору индукции магнитного поля.
Магнитодиэлектрический эффект (МДЭ) определялся из соотношения
Ае(Я ) = е(И ) — б(0) е(0) = ,
где е(И) и е(0) - диэлектрическая проницаемость в магнитном поле и без поля, соответственно. На рис. 1 приведены зависимости магнитоэлектрического коэффициента от частоты модуляции переменного поля для исследуемых образцов. По ним можно видеть существенное усиление магнитоэлектрического коэффициента при введении редкоземельных добавок Хс1 и La. Результаты измерений МДЭ (рис. 2) также свидетельствуют об увеличении чувствительности емкости образцов к магнитному полю с
0.016
со, Hz х
Рис. 1: Зависимость МЭ эффекта от частоты модуляции переменного магнитного поля для образцов BiFe03 (1), Bi09$La00bFe03(2) и Bi09bNd00$Fe03 (3) при комнатной температуре.
Рис. 2: Зависимость магнитодиэлектрического эффекта в системе Bii-xRexFe03 (Re = La, Nd) от степени содержания редкоземельной добавки x в магнитном поле H = 1.1 T при комнатной температуре.
x
нии РЗЭ. С увеличением магнитодиэлектрический эффект возрастает, что, вероятно, связано с усилением магнитных свойств, обусловленным обменным взаимодействием между ионами Fe3+. На рис. 2 для обеих серий можно выделить две "полочки". Первая (0.05 < x < 0.1), по-видимому, является следствием смены преобладающего механизма образования TP [5]. Вторая (0.15 < x < 0.2) может быть обусловлена возникновением инварного эффекта, характерного для областей, где сосуществуют различные фазовые состояния [5].
ЛИТЕРАТУРА
[1] А. П. Пятаков, Бюллетень МАГО 8(1), 1 (2007).
[2] J. R. Teague, R. Gerson and W. J. James, Sol. Stat. Commun. 8, 1073 (1970).
[3] P. Fischer and M. Polomska, J. Phys. C: Sol. Stat. 13, 1931 (1980).
[4] А. К. Звездин, А. П. Пятаков, УФН 174, 465 (2004).
[5] И. А. Вербенко. В. А. Алешин и др.. Зеренное строение, мессбауэровский эффект, диэлектрические и льагнитодиэлектрические свойства керамик системы, В;11-хЬахРе03. В: Сб. трудов международного симпозиума "Среды со структурным, и магнитным упорядочением,-1Г, Ростов-на-Дону-Лоо, 2009 (Южный федеральный университет. Ростов-на-Дону Сочи. 2009), с. 172.
По материалам 3 Всероссийской молодежной школы-семинара "Инновационные аспекты фундаментальных ■исследований по актуальным, проблемам, физикиМосква, ФИАН, октябрь 2009 г.
Поступила в редакцию 14 ноября 2009 г.
