Авторы: Данг Нгок Тоан, Козленко Д.П.

Рубрика: Физика

Опубликовано в Молодой учёный №7 (18) июль 2010 г.

Статья просмотрена: 29 раз

Библиографическое описание:

Данг Н. Т., Козленко Д. Структурные и магнитные фазовые переходы при высоких давлениях в празеодим-стронциевом манганите // Молодой ученый. — 2010. — №7. — С. 8-11. — URL https://moluch.ru/archive/18/1692/ (дата обращения: 12.12.2017).

Важнейшей мотивацией для изучения манганитов с общей формулой   (А – редкоземельный, В – щелочно-земельный элементы) являются их богатые магнитные и структурные фазовые диаграммы. В зависимости от концентрации В – элемента (x) физические свойства манганитов значительно изменяются с температурой, внешним магнитным полем и внешним высоким давлением [1].

Разнообразные физические свойства этих соединений в первую очередь связаны с типом упорядочения магнитных моментов ионов марганца и типом кристаллического строения: видом искажения элементарной ячейки по отношению к идеальной кубической перовскитной, углами и длинам связей в марганец-кислородном октаэдре MnO6 и т.д [2].

По сравнению с другими экспериментальными методами, воздействие высокого давления является прямым методом контролируемого изменения магнитных взаимодействий за счет вариации межатомных расстояний и углов. Структурные исследования при высоких давлениях дают уникальную возможность изучения взаимосвязи изменений структурных параметров кристалла, межатомных расстояний и углов с изменениями магнитной структуры и макроскопических свойств (магнитных и транспортных), что необходимо для понимания природы и механизмов физических явлений, наблюдаемых в манганитах [1].

В этой работе было исследовано влияние высокого давления на структурные и магнитные свойства манганита Pr0.15Sr0.85MnO3.

Анализ данных нейтронной дифракции показал, что исследуемое соединение при нормальных условиях имеет идеальную кубическую структуру пр. гр.  и находится в парамагнитной фазе. На нейтронном дифракционном спектре при низкой температуре Т=16К обнаружены новые магнитные рефлексы на  dhkl » 3.14 Å и 5.36 Å, а также наблюдается расщепление дифракционных пиков на dhkl ≈ 1.91 и 3.82 Å (см. рис. 1). Анализ экспериментальных данных показал, что эти изменения дифракционных спектров свидетельствуют о возникновении новой антиферромагнитной фазы С-типа, сопровождающемся фазовым переходом из кубической пр. гр.  в тетрагональную кристаллическую структуру пр. гр. I4/mcm.

На рис. 2 представлены элементарные ячейки кубической и тетрагональной кристаллической структуры исследуемого соединения.

Рис. 1.   Участки нейтронных дифракционных спектров Pr0.15Sr0.85MnO3, полученные при P=0ГПа, T=300K и Т=16К, обработанные по методу Ритвельда (на вставке представлены фрагменты основного рисунка, где происходят расщепление и появление пика)

Полученная для исследуемого соединения тетрагональная структура пр. гр. I4/mcm при низких температурах есть результат искажения октаэдров : удлинение и поворот октаэдров  вдоль и вокруг оси с с одним единственным углом поворота. В результате этого появляются два эквивалентных атома О1 вдоль оси с и четыре эквивалентных атома О2 в базисной плоскостью (ab). В кубической структуре пр. гр.  октаэдры MnO6 состоят из 6 эквивалентных связей    Mn-O и при этом все валентные углы Mn-O-Mn равны 180°.

При низких температурах кристаллическая и магнитная структура остаются неизменными до 4 ГПа. С повышением давления  происходят линейное уменьшение параметров элементарной ячейки и длин связей Mn-O и увеличение валентного угла Mn-O2-Mn (см. рис. 3).

Рис. 3.  Зависимости длин связей Mn-O и угла связи Mn-O2-Mn от давления при

Т = 16К для тетрагональной фазы Pr0.15Sr­0.85MnO3

На дифракционных нейтронных спектрах при высоких давлениях и комнатной температуре обнаружено расщепление пика на 3.82 Å и не обнаружено появления нового пика (см. рис. 4). Это свидетельствует о том, что происходит фазовый переход из кубической пр. гр. в тетрагональную кристаллическую структуру пр. гр. I4/mcm, при этом не происходит магнитного фазового перехода. При повышении давления также наблюдаются, как для низких температур, увеличение угла связи Mn-O2-Mn и линейное уменьшение параметров кристаллической элементарной ячейки тетрагональной структуры, длин связей Mn-O1 и Mn-O2.

Итак, при нормальном давлении структурный и магнитный фазовые переходы происходят одновременно ТN ≈ Tc­ [3] , а при высоком давлении они расщепляют Tc > ТN. Для исследования зависимости температуры структурного фазового перехода проводились эксперименты по энерго-дисперсионной рентгеновской дифракции при давлении до 4 ГПа и в диапазоне температуры 290 – 400 К.

Рис. 4. Участки нейтронных дифракционных спектров Pr0.15Sr0.85MnO3, измеренный при T=300K, P =0ГПа и P=2.2ГПа, обработанные по методу Ритвельда

 

Появление расщепления между двумя дифракционными пиками ((220) и (004)) на энерго-дисперсионных рентгеновских дифракционных спектрах подтверждает, что под воздействием высокого давления при уменьшении  температуры происходит фазовый переход из кубической в тетрагональную кристаллическую структуру (см. рис. 5).

       Рис. 5.Зависимости температуры фазового перехода из кубической в тетрагональную кристаллическую структуру от давления Pr0.15Sr­0.85MnO3. В вставке: Фрагменты рентгеновских дифракционных  спектров при давлении Р =1.6 ГПа и при температурах Т=300К и Т=390К

Зависимость температуры этого структурного фазового перехода имеет линейную характеру с большим положительным барическим коэффициентом dTc/dP = 26(2) K × ГПа-1.

Как было сказано, что при низких температурах и давлениях до 4 ГПа исследуемое соединение имеет антиферромагнитную фазу С-типа. Получены температурные зависимости магнитных моментов ионов марганца при различных давлениях (см. рис. 6). Расчет показал, что температура Нелля магнитного фазового перехода слабо зависит от давления. Ее барический коэффициент составляет dTN/dP = 3.8(9) K×ГПа-1.

Для исследуемого соединения Pr0.15Sr­0.85MnO3 возможно происходит магнитный фазовый переход из АФМ фазы С-типа в АФМ фазу G-типа при давлении P ~ 14 ГПа [1], и оно существенно превышает максимальное значение давления, полученное в наших экспериментах методом нейтронной дифракции.

     Рис. 6.  Температурные зависимости соотношений магнитных моментов иона Mn соединения Pr0.15Sr­0.85MnO3, нормализованных на значение при Т=16К  при различных давлениях, интерполированные функцией

 

Литература:

  1. Д. П. Козленко, Б. Н. Савенко. Физика элементарных часчиц и атомного ядра, том 37, вып.7(2006).
  2. Pai G.V. // Phys. Rev. B. 2001. V. 63. P. 064431.
  3. C. Martin et al. // J. Magn. Magn. Mater. 1999. V. 205. P. 184-198.

 

Основные термины (генерируются автоматически): тетрагональную кристаллическую структуру, фазового перехода, дифракционных спектров, высоких давлениях, кристаллическую структуру пр, нейтронных дифракционных спектров, кубической пр, дифракционных спектров pr0.15sr0.85mno3, Участки нейтронных дифракционных, магнитного фазового перехода, структурного фазового перехода, элементарной ячейки, низких температурах, высокого давления, магнитных моментов ионов, исследуемого соединения, фазовый переход, моментов ионов марганца, линейное уменьшение параметров, длин связей.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос