Научная статья на тему 'Получение и характеризация высококачественных монокристаллов la 075ca 025mno 3'

Получение и характеризация высококачественных монокристаллов la 075ca 025mno 3 Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
119
33
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МОНОКРИСТАЛЛ МАНГАНИТА / ОПТИЧЕСКАЯ ЗОННАЯ ПЛАВКА / SINGLE CRYSTAL OF MANGANITE / OPTICAL FLOATING ZONE TECHNIQUE

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Попков Сергей Иванович, Семенов Сергей Васильевич, Шабанов Александр Васильевич, Волков Никита Валентинович, Михашенок Наталья Владимировна

Методом оптической зонной плавки отработаны режимы роста и синтезированы монокристаллы La 0?75Ca 0?2;MnO 3. Рентгеноструктурные исследования, рентген-флюоресцентный анализ, а также проведенные исследования намагниченности и сопротивления указывают на то, что получены высококачественные монокристаллы.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Попков Сергей Иванович, Семенов Сергей Васильевич, Шабанов Александр Васильевич, Волков Никита Валентинович, Михашенок Наталья Владимировна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

SYNTHESIS AND INVESTIGATION OF HIGH-QUALITY SINGLE CRYSTALS LA 075CA 025MNO 3

Growth modes of single crystals La 0i75Ca 0i23MnO 3 are developed with optical floating zone technique. X-ray, RFA, magnetization and resistivity studies performed on the crystals point out that high-quality single crystals are obtained.

Текст научной работы на тему «Получение и характеризация высококачественных монокристаллов la 075ca 025mno 3»

A. I. Oborina, I. V. Trifanov, B. N. Ismailov, I. V. Sterekhov

TECHNOLOGICAL SUPPORT OF QUALITY DURING MANUFACTURE OF PIPES OF WAVEGUIDES OF EXTREMELY-HIGH FREQUENCY BAND

Results of researches of technological parameters during manufacture of pipes of waveguides from 32NKD alloy by method of mandreling.

Keywords: waveguide, tool - mandrel, value of pressing, shrinkage, surface roughness.

© Оборина А. И., Трифанов И. В., Исмаилов Б. Н., Стерехов И. В., 2012

УДК 537.6; 537.9

С. И. Попков, С. В. Семенов, А. В. Шабанов, Н. В. Волков, Н. В. Михашенок

ПОЛУЧЕНИЕ И ХАРАКТЕРИЗАЦИЯ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ LA0,75CA0,25MNO3*

Методом оптической зонной плавки отработаны режимы роста и синтезированы монокристаллы Ьа0:75Са0:2зМпО3. Рентгеноструктурные исследования, рентген-флюоресцентный анализ, а также проведенные исследования намагниченности и сопротивления указывают на то, что получены высококачественные монокристаллы.

Ключевые слова: монокристалл манганита, оптическая зонная плавка.

Замещенные оксиды марганца или манганиты Я!. хАхМп03 (Я - трехвалентные редкоземельные ионы Ьа3+, №3+, Рг3+, 8ш3+ и др., А - двухвалентные ионы Са2+, 8г2+, Ва2+, РЪ2+) до сих пор остаются предметом интенсивных исследований, поскольку данные материалы обладают богатой фазовой диаграммой и их физические свойства оказываются чувствительны к различным внешним воздействиям, таким как магнитное и электрическое поле, транспортный ток, оптическое облучение [1-6]. Это делает материалы на основе манганитов перспективными для практических применений в устройствах спинтроники. Такое многообразие свойств объясняется примесным фазовым расслоением в системах на субмикронном масштабе [5; 6], которое обычно реализуется в виде сосуществования проводящей ферромагнитной и диэлектрической фазы с локализованными носителями. Присущий манганитам эффект колоссального отрицательного магнитосопротивления объясняется увеличением доли проводящей ферромагнитной фазы под действием магнитного поля [1; 5; 6]. Основное состояние замещенных манганитов определяется такими факторами, как катионные радиусы атомов в позициях Я, а также их разупорядочением [1]. Оно может быть как ферромагнитным металлическим, так и антифер-ромагнитным с зарядовым упорядочением, как, например, в системах Рг065(Сах8г1-х)0,35МпО3 [7] и Ьа0,7-х№хРЪ0,3МпО3 [8]. Такое изменение основного состояния в манганитах при допировании связано с конкуренцией различных взаимодействий, имеющих очень близкие значения по энергии, что позволяет

системе находиться в состоянии фазового расслоения, при котором возможно сосуществование двух фаз с различными магнитными и электронными свойствами. Именно это и позволяет легко менять свойства системы при внешних воздействиях.

Цель данной работы заключается в отработке методики выращивания высококачественных кристаллов на примере системы Ьа0,75Са0,25МпО3. Кроме того, необходимо составить характеристику на полученние монокристалл.

Синтез. Рост кристаллов был осуществлен в печи оптической зонной плавки FZ-T-4000-H (Crystal systems, Япония). Скорость роста составляла 5 мм в час, диаметр полученного стержня ~5 мм, длина ~ 9 см, мощность галогенных ламп 4 * 1 000 Вт, печи FZ-T-4000-H - 72 % от максимального значения (что приблизительно соответствует температуре плавления данного состава tm ~ 2200-2300 °С). В нашем синтезе мы использовали в качестве газовой среды воздух, который продувался через зону плавления со скоростью 1 л/мин. При таком режиме стабильный монокристалл Lao,75Cao,25MnО3 начал стабильно расти с 6 см. Прекурсорами к поликристаллическому стержню, из которого получался монокристалл являлись следующие составы: MnO2 (99,9 % metal basis), CaCO3 (99,5 % metal basis) и La2O3 (99,995 % metal basis), которые смешивались и перетирались до однородного состояния. Полученная смесь гидростатически прессовалась в цилиндрические стержни диаметром 5-8 мм и 50-120 мм длиной. Стержни спекались на воздухе при температуре 1450 оС в течение 10 ч.

Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение № 8365.

Рис. 1. Сканирующая электронная микроскопия перпендикулярных срезов образца на различных этапах роста: а - начальная выращенная заготовка; б, в - промежуточные этапы роста; г - конечный этап стабильного роста

Морфология образца по мере роста меняется: из исходного поликристалла, обладающего пористой структурой, в конечном итоге синтезируется однородный монокристалл (рис. 1). Рентгено-флюорес-центный анализ (РФА) среза показал, что соотношение элементов соответствует химической формуле

La0,75Ca0,25Mn03.

Монокристаллы La0,75Сa0,25MnO3 обладают ромбической структурой. Таким образом, в процессе синтеза был получен высококачественный монокристалл диаметром 0,5 см, длиной 3 см, пригодный для дальнейших исследований.

Измерения температурных зависимостей сопротивления образца R(T), температурных и полевых зависимостей намагниченности M(T) и M(H) при значениях внешнего магнитного поля до 9 Т проводились на установке PPMS - 6000 (Quantum Design) (рис. 2). По данным РФА, одним из основных параметров, характеризующих различие данных срезов образцов (см. рис. 1), является отношение Ca/Mn в соединении La^^a^MnO^ Оказалось, что данное отношение меняется по мере роста монокристалла. Таким образом, по мере роста кристалла наблюдается перераспределение кальция по длине стержня и достижение его равновесного содержания при стабильном росте монокристалла (срез (г)), что соответствует исходной закладке элементов.

Рис. 2. Зависимости р(Т) для Ьа1-хСахМп03 от содержания кальция х = 0,25; 0,3; 0,32; 0,34

Также на рис. 2 видно, что температура перехода металл-диэлектрик монотонно уменьшается с уменьшением концентрации кальция, что полностью согласуется с фазовой диаграммой системы Ьа1-хСахМп03 [5]. Следует отметить, что одним из критериев, характеризующих качество синтезируемых образцов замещенных манганитов лантана, является амплитуда изменения сопротивления после перехода металл-диэлектрик (рис. 3).

Максимальное уменьшение сопротивления после перехода металл-диэлектрик (практически на три порядка) демонстрирует образец с х = 0,25. Такое значение соответствует лучшим кристаллам, синтезируемым в мире. Именно этот образец и исследуется в дальнейшем.

0 0001 -------------------'---------------1----------------1---------------1----------------1---------------

о so к» 150 аоо S50 зоо

т. к

Рис. 3. Зависимости р(Т) в координатах 1п(р) - Т

Для проведения магнитотранспортных исследований из синтезированного монокристаллического стержня был выпилен прямоугольный образец с размерами 2 х 2 х 5 мм3, на котором проводились транспортные измерения и получены зависимости удельного электросопротивления р(Т) при различных значениях внешнего магнитного поля Н = 0 и 9 Тесла (рис. 4). Зависимости р(Т, Н) имеют типичный для замещенных манганитов лантана вид, характеризуются переходом металл-диэлектрик, и отрицательным магнитосопротивлением (МЯ). Значение МЯ = [(р(0Т) - р(9Т))]/ р(0Т) при Т = 232 К (температура перехода металл-диэлектрик) составляет 97 %.

О 50 100 150 200 250 300

т.к

Рис. 4. Зависимости Я(Т) монокристалла Ьа0>75Са0д5Мп03 во внешних магнитных полях Н = 0, 90 кЭ

При измерении монокристалла Ьа0,75Са0,25Мп03 была получена температурная зависимость намагниченности, измеренная во внешнем магнитном поле Н = 10 кЭ, которая является типичной для ферромгне-тика (температура Кюри ТС = 240 К) (рис. 5). Эта температура близка к температуре перехода металл-

диэлектрик и составляет ТМ = 232 К. Такое расхождение ТС и ТМ типично для качественных монокристаллов замещенных манганитов лантана.

100

О ----------------^--------------1--------------'--------------1--------------1--------------

О 50 100 150 200 250 300

Т, К

Рис. 5. Зависимость М(Т) монокристалла La0,75Ca0,25MnO3, снятая во внешнем магнитном поле, Н = 10 кЭ

Таким образом, в ходе работ по синтезу оксидных монокристаллов методом оптической зонной плавки отработаны режимы роста и синтезированы высококачественные монокристаллы состава

La0,75Ca0,25MnO3. Рентгеноструктурные исследования, рентген-флюоресцентный анализ, а также проведенные исследования намагниченности и сопротивления указывают на то, что получены высококачественные монокристаллы.

Библиографические ссылки

1. Intrinsic inhomogeneity in a (La0,4Eu0,6)0,7Pb0,3MnO3 single crystal: Magnetization, transport, and electron magnetic resonance studies / N. Volkov, G. Petrakovskii, K. Patrin et al. // Phys. Rev. 2006. B 73. P. 104401.

2. Visualization of the Local Insulator-Metal Transition in Pr0,7Ca0,3MnO3 / M. Fiebig, K. Miyano, Y. Tomioka, Y. Tokura // Science. 1998. Vol. 280. P. 1925.

3. Current switching of resistive states in magnetoresistive manganites / A. Asamitsu, Y. Tomioka, H. Kuwahara, Y. Tokura // Nature. 1997. Vol. 388. P. 50-52.

4. T. Wu, J.F. Mitchell Creation and annihilation of conducting filaments in mesoscopic manganite structures // Phys. Rev. 2006. B Vol. 74. P. 214423.

5. Tokura Y. Colossal magnetoresistive oxides (Advances in Condensed Matter Science) // New York Taylor & Francis Ltd. 2000.

6. Нагаев Э. Л. Манганиты лантана и другие магнитные проводники с гигантским магнитосопротив-лением // УФН Т. 1996. 166. № 8. С. 833.

7. Bandwidth-control-induced insulator-metal

transition in Pr0,65(Cai-ySry)0,35MnO3 and Pr0,7Ca0,3MnO3 / H. Yoshizawa, R. Kajimoto, H. Kawano // Phys. Rev. 1997. B. Vol. 45. P. 2729.

8. Effect of rare-earth-site cations on the physical properties of La0,7-yNdyPb0,3MnO3 single crystals / N. Ghosh, S. Elizabeth, H. L. Bhat et al. // Phys. Rev. 2004. B. Vol. 70. P. 184436.

S. I. Popkov, S. V. Semenov, A. V. Shabanov, N. V. Volkov, N. V. Mikhashenok

SYNTHESIS AND INVESTIGATION OF HIGH-QUALITY SINGLE CRYSTALS LA0,7sCAo,2sMNO3

Growth modes of single crystals La0j5Ca0:25MnO3 are developed with optical floating zone technique. X-ray, RFA, magnetization and resistivity studies performed on the crystals point out that high-quality single crystals are obtained.

Keywords: single crystal of manganite; optical floating zone technique.

© Попков С. И., Семенов С. В., Шабанов А. В., Волков Н. В., Михашенок Н. В., 2012

УДК 29.19.22

В. Н. Саунин, С. В. Телегин

МАГНИТОЖЕСТКИЕ ПЛАЗМОНАПЫЛЕННЫЕ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ 8М-СО-СПЛАВОВ

Предложен способ получения магнитожестких покрытий методом плазменного напыления на основе Бш-Со сплавов, полученных электродуговым методом. Исследовано влияние технологических параметров процесса напыления и термообработки на структуру и магнитные свойства покрытий.

Ключевые слова: сплав Бш-Со, коэрцитивная сила, плазмотрон, напыление.

Магнитожесткие материалы характеризуются высокими значениями остаточной индукции Вг, коэрцитивной силы Нс, а также максимальной магнитной энергией. Кроме этого, магнитные свойства должны быть стабильными во времени [1] и при воздействии окружающей среды, а именно: механических нагрузках [2], радиации, наличии внешних магнитных полей или ферромагнитных масс, температуры [3-5].

Редкоземельные элементы могут с переходными металлами и незаполненной электронной 3^ оболочкой образовывать соединения, названные интерметаллическими. При комнатной температуре они являются ферромагнетиками и характеризуются очень сильным магнитным полем - остаточной индукцией почти вдвое большей, чем у ферритов, высоким значением размагничивающего поля (коэрцитивной силой) и магнитной энергией, уровень которой превосходит все максимальные значения, известные еще до появления этих соединений. Они имеют чрезвычайно высокую магнитокристаллическую анизотропию с полями, достигающими 300 кЭ, и намагничиванием до насыщения, близкого к 12 000 Гс.

Сплав ЯСо5-системы (редкоземельный металл-кобаль) из числа многих интерметаллических соединений имеет гексагональную структуру с низкой симметрией, высокую магнитную кристаллографическую анизотропию, сравнительно высокую температуру Кюри и высокое значение намагниченности насыщения. Магнитные моменты редкоземельных металлов и кобальта действуют параллельно, поэтому в качестве материалов для постоянных магнитов желательно применять соединения кобальта (ЯСо5) с ред-коземеньными металлами: иттрием, лантаном, церием, празеодимом, самарием и другими металлами.

Магнитные характеристики постоянных магнитов, полученных литьем из интерметаллических соединений, зависят:

- от состава сплава;

- чистоты входящих в него элементов;

- влияния входящих в него элементов;

- способа плавки и использованной атмосферы;

- стабилизирующей термической обработки (оптимальная температура стабилизирующего отжига, продолжительность отжига, атмосфера в печи, критическая скорость охлаждения), температуры и продолжительности отпуска;

- структуры сплава.

Перечисленные факторы определяют сложность поставленной задачи установления оптимальных условий тем более, что взаимозависимость факторов не поддается расчету.

Фирма Philips изготовила магнит из стандартного соединения SmCo5 с характеристиками: Бг = 8,7 кГс, Hc = 8,4 кЭ,

(BH)max = 18,5 МГсЭ.

Если при изготовлении порошковых магнитов на основе соединений RCo5 обеспечить высокую плотность, то стабильность характеристик этих магнитов повышается.

У сплавов редкоземельных элементов с кобальтом большая спонтанная намагниченность достигается лишь в тех соединениях, у которых подрешетки редкоземельного элемента и кобальта дают ферромагнитное упорядочение. Для оптимального использования большой спонтанной намагниченности в постоянном магните необходимо создать совершенную текстуру высокой плотности, что достигается специальными способами прессования и спекания.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.