CC BY
34
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.
