Синтез и магнитные свойства сульфидов Gd Xmn 1- xs Текст научной статьи по специальности «Физика»

Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической отрасли

УДК 537.311.3

О. Б. Романова, Л. И. Рябинкина

Институт физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Красноярск

В. В. Соколов

Институт неорганической химии Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Новосибирск

К. И. Янушкевич

ГО «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению», Республика Беларусь, Минск

А. А. Юзефович

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

СИНТЕЗ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА СУЛЬФИДОВ О^Мпх-Х

Рассмотрен синтез и результаты экспериментальных исследований структурных и магнитных свойств твердых растворов ОйхМп1-х8 (0,01 < Х < 0,1), синтезированных на основе антиферромагнитного полупроводника а-ЫпБ. Исследования проведены в интервале температур 77...1 000 К в магнитных полях до 10 кЭ. Для образца Х = 0,1 обнаружено небольшое отклонение от закона Кюри-Вейсса в области температур от Т^ до 700 К. Такое поведение удельной намагниченности характерно для веществ, содержащих кластеры с ферромагнитным упорядочением.

Несомненный интерес для исследователей представляют соединения с сильной корреляцией магнитных и электрических свойств. Это обусловлено возможностью их применения в устройствах микроэлектроники [1]. К таким веществам относятся неупорядоченные системы, в которых наблюдаются фазовые переходы типа «металл-диэлектрик», а также эффект колоссального маг-нитосопротивления [2; 3]. Перспективными материалами для исследования этих эффектов являются катионзамещенные сульфиды МехМп1-х8 (Ме = 3й-металл [4; 5] или Ме = Ьп [6]).

В данной работе проведен синтез порошковых сульфидов, из которых выращены кристаллы О^Мп1-хБ (0,01 < Х< 0,1). Изучена их кристаллическая структура и температурные зависимости удельной намагниченности и магнитной восприимчивости. Интерес к таким твердым растворам связан с возможностью изучения влияния электронного допирования при катионном замещении на магнитные свойства системы.

Кристаллы О^Мп1-хБ выращены в кварцевом реакторе из расплава поликристаллических порошков сульфидов. Реактор с шихтой в стеклоуг-леродных тиглях протягивался через одновитко-вый индуктор высокочастотной установки. В качестве инертной среды использовался высокочистый аргон.

Изучение фазового состава и кристаллической структуры образцов О^Мп1-хБ проведено при комнатной температуре на рентгеновской установке ДРОН-3 с использованием СиКа-излу-чения. Измерения удельной намагниченности и магнитной восприимчивости выполнены в вакууме пондеромоторным методом в интервале температур 100...800 К в магнитном поле 8,6 кЭ [7]. Измерения намагниченности образцов проведены также на СКВИД-магнитометре со сверхпроводящим соленоидом в интервале температур 4,2...300 К в поле Н = 0,5 кЭ.

Рентгенофазовый анализ позволил установить однофазность образцов и определить параметры решетки. Кристаллы ОахМп1-х8 имеют кубическую решетку типа №С1, характерную для а-МпБ. С увеличением степени катионного замещения Х параметр элементарной ячейки а растет от 0,522 нм для а-МпБ до 0,530 нм для 0^дМп0>78 в соответствии с возрастанием ионного радиуса замещающего элемента (г = 0,83 А для Мп, г = 0,94 А для ва).

Температурные зависимости намагниченности образцов ОахМп1-хБ составов Х = 0,01; 0,1 представлены на рисунке. На зависимостях намагниченности о(Т) наблюдаются максимумы, соответствующие температуре Нееля (Т), указывающие на антиферромагнитный переход при понижении температуры.

*Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ-БРФФИ № 08-02-90031, БРФФИ № Ф04-182; РФФИ № 09-02-00554-а; АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» № 2.1.1/401 и РФФИ № 09-02-92001-ИИС а.

Фешетневскцие чтения

С увеличением концентрации Gd величина Тм уменьшается от 160 К для Х = 0,01 до 130 К у состава Х = 0,1.

б ........

i) ки> ш:: -d:: нш

т.к

Температурные зависимости удельной намагниченности образцов GdХMn1-ХS: а -X = 0,01; б -Х = 0,1 в поле Н = 8,6 кЭ

В магнитоупорядоченной области ниже Тм в образце с Х = 0,1 наблюдается необратимое поведение намагниченности при охлаждении образца в нулевом магнитном поле 2БС 1 и магнитном поле Н = 0,5 кЭ БС 2 (вставка на рисунке, часть б), что может свидетельствовать об образовании спонтанного магнитного момента. Для состава Х = 0,01 в этом же магнитном поле в магнитоупорядоченной области кривые 2БС и БС совпадают (вставка на рисунке, часть а). В образцах Gd0)01Mn0)99S поведение намагниченности о при

температуре выше Тм аналогично температурной зависимости о(Т) для a-MnS [5]. Из температурной зависимости магнитной восприимчивости для обоих составов была определена парамагнитная температура Кюри 0 = -346 К, постоянная С = 2,6 и Цэфф = 5,40 цв (Х = 0,01) и 0 = -160 К, С = 2,4 и Цэфф = 5,37 цв (Х = 0,1). С увеличением концентрации гадолиния наблюдается уменьшение (по абсолютному значению) величины парамагнитной температуры Кюри. Для образца Х = 0,1 обнаружено небольшое отклонение от закона Кюри-Вейсса в области температур от Тм до 700 К. Такое поведение удельной намагниченности характерно для веществ, содержащих кластеры с ферромагнитным упорядочением [6].

Библиографический список

1. Ведяев, А. В. / А. В. Ведяев // УФН. 2002. Т. 172. С. 1458.

2. Мотт, Н. Ф. Переходы металл-изолятор / Н. Ф. Мотт. М. : Наука, 1979.

3. Нагаев, Э. Л. / Э. Л. Нагаев // УФН. 1996. Т. 166. С. 796.

4. Рябинкина, Л. И. / Л. И. Рябинкина, О. Б. Романова, С. С. Аплеснин // Известия РАН. Сер. Физика. 2008. № 8. С. 1115.

5. Аплеснин, С. С. / С. С. Аплеснин, Л. И. Ря-бинкина, О. Б. Романова и др. // ЖЭТФ. 2008. № 133. С. 875.

6. Аплеснин, С. С. / С. С. Аплеснин, Л. И. Рябин-кина, О. Б. Романова и др. // ФТТ. 2009. № 51. С. 661.

7. Янушкевич, К. И. Методика выполнения измерений намагниченности и магнитной восприимчивости. Система обеспечения единства измерений Республики Беларусь / К. И. Янушкевич ; БелГИМ. Минск, 2009.

O. B. Romanova, L. I. Ryabinkina L. V. Kirensky Institute of Physics, Russian Academy of Science, Siberian Branch, Russia, Krasnoyarsk V. V. Sokolov

Institute of Inorganic Chemistry, Russian Academy of Science, Siberian Branch, Russia, Novosibirsk

K. I. Yanushkevich State Scientific Production Association «Material Science Center of the National Academy of Sciences of Belarus», Belarus, Minsk

А. А. Yuzefovich

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

THE SYNTHESIS AND MAGNETIC PROPERTIES OF SULPHIDES Gd^Mn^S

The synthesis and the results of experimental researches of structural and magnetic properties of solid solutions GdXMn1-XS (0,01 < Х < 0,1) synthesized on the basis of the antiferromagnetic semiconductor a-MnS are presented. The researches in the range of temperatures 77... 1 000 K and in magnetic fields to 10 kOe are carried out. For sample X = 0,1 the small deviation from the law of Curie-Veisa in the field of temperatures from TN to 700 K is revealed. Such a behavior of specific magnetization is a characteristic for the substances containing clusters with ferromagnetic ordering.

© Романова О. Б., Рябинкина Л. И., Соколов В. В., Янушкевич К. И., Юзефович А. А., 2009