Hyperfine interactions and magnetic properties of La 0.67 Ca 0.33 Mn 1-x. Fe x O 3 with x=0.1 and 0.15

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Hyperfine interactions and magnetic properties of La 0.67 Ca 0.33 Mn 1-x. Fe x O 3 with x=0.1 and 0.15"

Karolina Czajka
6 lat temu
Przeglądów:

i Informatyki Stosowanej, Akademia Górniczo-Hutnicza,

1 Hyperfine interactions and magnetic properties of La 0.67 Ca 0.33 Mn 1-x 57 Fe x O 3 with x=0.1 and 0.15 J. Przewoźnik 1, J. śukrowski 1, K. Krop 2, Cz. Kapusta 1 1 Katedra Fizyki Ciała Stałego, Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków 1 Katedra Fizyki, Politechnika Rzeszowska, Al. Powstańców Warszawy 6, Rzeszów

2 Wprowadzenie w temat złoŝonych właściwości La 1-x Ca x MnO 3 (struktura, diagram fazowy, zjawisko CMR, wpływ podstawienia Fe) Wyniki pomiarów: Plan a) strukturalnych RTG, b) magnetycznych (M, χ AC ), c) oporu (R) i magnetooporu (MR) Wyniki pomiarów mössbauerowskich Podsumowanie

3 Struktura krystalograficzna La 0.67 Ca 0.33 Mn 1-x Fe x O 3 La 3+ lub Ca 2+ O 2- Mn 3+/4+ lub Fe 3+ Stechiometryczne związki - struktura typu perowskitu z dystorsją rombową (grupa Pnma )

Oddziaływania wymienne w La 1-x Ca x MnO 3 A O 2- A Nadwymiana (SE, A = Mn 3+ lub Mn 4+ ) Zwykle prowadzi do AF Manganity La 1-x Ca x MnO 3 : współistnienie Mn 4+ (3 elektrony 3d 3, S=3/2) i Mn 3+ (4

4 Oddziaływania wymienne w La 1-x Ca x MnO 3 A O 2- A Nadwymiana (SE, A = Mn 3+ lub Mn 4+ ) Zwykle prowadzi do AF Manganity La 1-x Ca x MnO 3 : współistnienie Mn 4+ (3 elektrony 3d 3, S=3/2) i Mn 3+ (4 elektrony 3d 4, S=2, zlokalizowany spin 3/2 plus 1 elektron w paśmie e g ) Mn 3+ Mn 4+ Mn 3+ Mn 4+ Podwójna wymiana (DE) pomiędzy Mn 3+ i Mn 4+ Ferro: przeskok moŝliwy AF: przeskok niemoŝliwy eff t ij = t 0 θij cos 2

Poziom elektronu e g w symetrycznym oktaedrze jest dwukrotnie zdegenerowany jon Mn

5 Zjawisko Jahna-Tellera (J-T) Mn 3+ Symetria kubiczna Na przykładzie Mn 3+ (4 elektrony 3d 4, S=2) dystorsja tetragonalna J-T: statyczny, dynamiczny, kolektywny Poziom elektronu e g w symetrycznym oktaedrze jest dwukrotnie zdegenerowany jon Mn 3+ powoduje dystorsję oktaedru tlenowego Lokalizacja i uporządkowanie ładunków i orbitali

6 Diagram fazowy La 1-x Ca x MnO 3 Millis et al., Nature 392 (1998) 137. CO- charge-ordered AF- antiferromagnet CAF- canted antiferromagnet FM- ferromagnetic metal FI- ferromagnetic insulator Ramirez et al., J. Phys.: Condens. Matter 9 (1997) MR H = ( R( 0) R( H ) / R(0) )

Wpływ podstawienia Fe Fe 3+ zastępuje Mn 3+ (podobne promienie jonowe). La 0.63 Ca 0.37 Mn 1-y Fe y O 3 Konfiguracja elektronowa Fe 3+ : t 2g 3 e g 2 (stan wysokospinowy S = 5/2).

7 Wpływ podstawienia Fe Fe 3+ zastępuje Mn 3+ (podobne promienie jonowe). La 0.63 Ca 0.37 Mn 1-y Fe y O 3 Konfiguracja elektronowa Fe 3+ : t 2g 3 e g 2 (stan wysokospinowy S = 5/2). Pasmo Fe e g jest zupełnie wypełnione i hopping z Mn 3+ do Fe 3+ nie zachodzi. Spin Fe 3+ jest sprzęŝony antyferromagnetycznie do spinów Mn 3+ / Mn 4+. Ahn et al., Phys. Rev. B 54 (1996)

8 Pomiary NMR i mössbauerowskie na La 0.67 Ca 0.33 Mn Fe 0.03 O 3 η = ( J Fe Mn )/J Mn Mn B B max Fe max Fe ( T ) = B (0) S Fe S Fe gµ BB k T B Mn ( T ) = B S Fe 3S Fe ( SMn + 1) J J Fe Mn Mn Mn TC * B T B Mn Mn ( T ), (0) S Fe = 5/2, S Mn = 1.83

9 Preparatyka i charakterystyka La 0.67 Ca 0.33 Mn 1-x 57 Fe x O 3 Polikrystaliczne związki La 0.67 Ca 0.33 Mn 1-x 57 Fe x O 3 (x = 0.1 i 0.15) przygotowano metodą zol-ŝel i wygrzewano w powietrzu w 1300ºC przez 15 godz.

10 Właściwości magnetyczne La 0.67 Ca 0.33 Mn Fe 0.1 O 3 (PPMS VSM) Pomiar M magnetometr wibracyjny T C =100.3 K

11 Właściwości magnetyczne La 0.67 Ca 0.33 Mn Fe 0.15 O 3 (PPMS VSM) Pomiar M magnetometr wibracyjny T C =62.4 K, T m =49.3 K

12 Właściwości magnetyczne La 0.67 Ca 0.33 Mn Fe 0.15 O 3 (PPMS VSM)

13 Właściwości magnetyczne La 0.67 Ca 0.33 Mn 1-x 57 Fe x O 3 (PPMS AC)

14 Właściwości magnetyczne La 0.67 Ca 0.33 Mn 1-x 57 Fe x O 3 (PPMS AC)

15 Właściwości transportowe La 0.67 Ca 0.33 Mn 1-x 57 Fe x O 3 (PPMS) R=R exp(t 0 /T) γ

16 Właściwości transportowe La 0.67 Ca 0.33 Mn 1-x 57 Fe x O MR( H ) = [ R(0) R( H )] R( H )

17 Pomiary mössbauerowskie ( 57 Fe), I Konwencjonalne pomiary mössbauerowskie w geometrii transmisyjnej

18 Pomiary mössbauerowskie ( 57 Fe), II ZaleŜności temperaturowe P(B hf )

19 Pomiary mössbauerowskie ( 57 Fe), III ZaleŜności temperaturowe parametrów <B hf > i IS

20 Podsumowanie Wyniki pomiarów magnetycznych wykazały, Ŝe związek x=0.15 zachowuje się jak typowy spin-glass: nieodwracalności typu spin-glass były widoczne w krzywych namagnesowania ZFC i FC w polach 100 Oe, 1kOe i 10 koe (maleją ze wzrostem pola) dla x=0.1 i x=0.15, pomiary podatności AC wykazały jednak występowanie zachowania typu spin-glass tylko dla x=0.15 z T SG 53 K i przesunięciem na dekadę T SG /[T SG (logf)]) =0.009, oczekiwanym dla typowych spin-glass. Pomiary mössbauerowskie teŝ wskazują na róŝny charakter magnetyzmu w związkach x = 0.1 (FM izolator) i x = 0.15 (SG izolator), róŝna zaleŝności <B hf > od temperatury dla x=0.1 (liniowa) i x=0.15 (bardziej normalna), mniejszy rozkład P(B hf ) dla x=0.15 w niskich temperaturach, nieco inna zaleŝność IS od temperatury. Związek x=0.1 wykazuje w polu 8 T wyraźnie większe efekty CMR niŝ x=0.15.

21 Podziękowania G. Gritzner Institut für Chemische Technologie Anorganischer Stoffe, Johannes Kepler Universität Linz, A-4040 Linz, Austria

22 PPMS (Physical Property Measurement System) - Zestaw do kompleksowych badań właściwości fizycznych materiałów (I)

23 PPMS EverCool Ultra Low-Loss Dewar (II) Coldhead controlled by remote compressor High-T c Magnet Leads First Stage cools the shield to 40 K PPMS Probe Second stage cools the condenser to 4 K Condenser unit liquefies the helium gas Liquid helium drips back into the helium reservoir of the dewar

24 PPMS (III)

25 PPMS Puck (IV)

26 PPMS ma moŝliwość pomiaru następujących wielkości fizycznych: (V) Namagnesowania metodą wibrującej próbki (+ piec) (Vibrating Sample Magnetometer System (VSM) + VSM 1100K Oven Assembly) Pojemności cieplnej (Heat Capacity Measurement System (HC)) Podatności zmiennoprądowej + namagnesowania metodą stałoprądową (AC Susceptibility and DC Magnetization Measurement Option (ACMS)) Przewodnictwa elektrycznego metodą zmiennoprądową i stałoprądową (magnetooporu do 9 T), efektu Halla (PPMS AC Transport Property Measurement System (ACT) Horizontal Sample Rotator with computer controlled stepper motor)

27 PPMS c.d. ma moŝliwość pomiaru następujących wielkości fizycznych: Przewodnictwa cieplnego, termosiły (Thermal Transport Option (TTO) for PPMS Measures: Thermal Conductivity, Thermopower (Seebeck Coefficient)) Anizotropii magnetycznej metodą torsyjną (Torque Magnetometer for small anisotropic samples) MoŜliwość rozbudowy i pomiaru dodatkowej wielkości fizycznej (Multi-Function Probe with special sample stage and calibrated thermometer) (VI)

28 Zmiany w strukturze lokalnej La 1-x Ca x MnO 3 (I) Dyfrakcja neutronów P. Dai at al., Solid State Commun., 100 (1996) 865

29 Zmiany w strukturze lokalnej La 1-x Ca x MnO 3 (II) EXAFS ( R( T ) R( ) ) 2 2 σ ( T ) = T LaMnO 3 FM 50% PM Å Å Å CaMnO Å Å Å C.H. Booth at al., Phys. Rev. Lett. 80 (1998) 853

Podobne dokumenty

Badanie uporządkowania magnetycznego w ultracienkich warstwach kobaltu w pobliżu reorientacji spinowej.

Badanie uporządkowania magnetycznego w ultracienkich warstwach kobaltu w pobliżu reorientacji spinowej. Tel.: +48-85 7457229, Fax: +48-85 7457223 Zakład Fizyki Magnetyków Uniwersytet w Białymstoku Ul.Lipowa 41, 15-424 Białystok E-mail: vstef@uwb.edu.pl http://physics.uwb.edu.pl/zfm Praca magisterska Badanie