Структура и магнитные свойства манганитов Eu1-xSrxMnO3 (x = 0.0, 0.25)
- Authors: Федорова О.М.1, Ведмидь Л.Б.1,2, Упоров С.А.1
-
Affiliations:
- Институт металлургии УрО Российской академии наук
- Уральский федеральный университет
- Issue: Vol 60, No 4 (2024)
- Pages: 510-518
- Section: Articles
- URL: https://journal-vniispk.ru/0002-337X/article/view/274595
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X24040129
- EDN: https://elibrary.ru/MYYOBB
- ID: 274595
Cite item
Full Text
Abstract
Методами рентгеновской дифракции, термического анализа и магнитометрии исследованы манганиты Eu1-xSrxMnO3 (х = 0.0 0.25). При комнатной температуре они имеют перовскитоподобную структуру, описываемую пр. гр. Pbnm. Частичное гетеровалентное замещение катионов Eu3+ на Sr2+ приводит к снижению ян-теллеровского (Я-Т) искажения кристаллической структуры манганитов за счет уменьшения количества ионов Mn3+, участвующих в механизме искажения. При повышении температуры манганиты европия демонстрируют переход из упорядоченного состояния в неупорядоченное (Я-Т-переход), причем замещение 25% катионов европия стронцием снижает температуру структурного Я-Т-перехода более чем в 4 раза. Исследованные манганиты проявляют магнитный переход парамагнетик–антиферромагнетик с характерной температурой Нееля (ТN). Замещение 25% катионов Eu на Sr приводит к повышению ТN с 49 К при х=0.0 до 65 К.
Full Text
ВВЕДЕНИЕ
Оксиды R1−xMxMnO3 на основе переходного металла марганца и редкоземельных элементов (R3+) (с частично замещающими их щелочноземельными ионами (M2+=Ba, Sr, Ca)) интенсивно изучаются в течение последних десятилетий. Эти оксиды обладают широким спектром интересных физических свойств, включая электрические, упругие, термохимические и магнитные [1–4], поэтому они востребованы в качестве материалов для твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) [5], катализаторов [6], электронных датчиков и устройств памяти [7]. Манганиты с общей формулой RMnO3 (R=Pr, Nd, Sm–Dy) имеют перовскитоподобную кристаллическую структуру, прототипом которой является перовскит АВО3. Катионы редкоземельных элементов занимают позиции А в этой структуре, а катионы марганца – В. Присутствие в соединении трехвалентного марганца вызывает искажения, называемые ян-теллеровскими (Я-Т), обусловленные упорядочением d-орбиталей Mn [8]. Частичное замещение трехвалентного катиона R3+ на двухвалентный M2+ в манганитах приводит к увеличению среднего радиуса катиона ‹rA› в А-подрешетке и трансформации кристаллической структуры. Это определяет разнообразие магнитных и электрических фаз, свойства которых зависят от типа и концентрации замещающих ионов. Кроме того, гетеровалентное замещение в А-подрешетке увеличивает степень окисления части катионов Mn3+ до Mn4+ в В-подрешетке, чтобы компенсировать общий дисбаланс заряда. Исходный манганит EuMnO3 с понижением температуры демонстрирует свойства антиферромагнетика (АФМ) А-типа, замещение элементами Sr и Ca усиливает ферромагнитную (ФМ)-область. Температура перехода АФМ → ФМ зависит от вида замещающих катионов, входящих в состав соединения, и их концентрации [9, 10]. Такое поведение объясняется теорией «двойного обмена» как следствие обмена электронами между Mn3+ и Mn4+. В манганитах Eu1-xSrxMnO3 ион Eu3+ обладает немагнитным основным состоянием (J = 0) из-за малого ионного радиуса. Поэтому магнитное состояние манганитов европия определяется обменными взаимодействиями между разновалентными ионами Mn [11]. Гетеровалентное замещение Eu3+/Sr2+ увеличивает температуру магнитного упорядочения и повышает электропроводность манганитов европия [12].
Сложное магнитное состояние зафиксировано в манганите Eu0.55Sr0.45MnO3 при изменении температуры и магнитного поля. Без магнитного поля в широком диапазоне температур выше 100 К он остается в состоянии, подобном состоянию Гриффитса, характеризующемся наличием ФМ-кластеров в основном АФМ-состоянии при температуре ниже 100 К. При приложении поля 0.8–1 Тл в АФМ-фазе возникает и растет ФМ-фаза, что приводит к серии фазовых переходов: сначала парамагнитная фаза (ПM)→ АФМ, затем АФМ→ ФM. При поле более 2.3 Тл фиксируется простой ПM–ФM-переход [13]. Манганиты Eu1-xSrxMnO3 интересны тем, что катион европия может быть в двух степенях окисления – 2+ и 3+ [12]. В этой системе, кроме двойного обмена, может происходить реакция Eu3+(4f 6)+Mn3+(3d4) ↔ Eu2+(4f 7)+Mn4+(3d3). Много исследований проведено с высокими уровнями допирования (0.45 ≤ х ≤ 0.6) [11-13], но влияние малых концентраций стронция на структуру и магнитные свойства манганитов европия менее исследованы.
Целью работы является установление связи физико-химических свойств (кристаллической структуры, магнитных характеристик) манганитов европия с температурой и химическим составом при гетеровалентном замещении стронцием по А-подрешетке перовскитоподобной структуры, что позволит найти составы, подходящие для использования в качестве ТОТЭ или электронных датчиков и устройств памяти.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Образцы манганитов Eu1-xSrxMnO3 (x=0.0; 0.25) были синтезированы методом твердофазной реакции. Исходными материалами для синтеза служили: Eu2O3 (Merck Aldrich, 99.9%), SrСО3 (qualified as “high purity”) и Mn2O3 (Sigma-Aldrich, 99.9%). Для удаления адсорбированной влаги исходные компоненты предварительно прокаливали при t = 500°С в течение 8 ч. Затем их смешивали в необходимых пропорциях, прессовали при давлении 150 МПа в таблетки и проводили обжиг при температуре 1380°C в течение 70 ч на воздухе с последующим охлаждением внутри печи. Фазовый состав полученных образцов исследовали на дифрактометре XRD-7000 (Shimadzu) в CuKa-излучении в диапазоне углов 20°–70° по 2θ с шагом 0.03° и выдержкой в точке 2 с. Высокотемпературные рентгеновские исследования проведены с помощью приставки НА-1001 (Shimadzu) при нагреве в интервале температур 20-1200°С (скорость нагрева 10°С /мин), выдержке при каждой температуре 10 мин и последующей съемке в диапазоне углов 20°–60° по 2 θ с шагом 0/02° и выдержкой 1.5 с.
Изучение особенностей термических свойств соединений выполнено на приборе синхронного термического анализа STA 449 F3 (NETZSCH) с одновременной регистрацией тепловых эффектов и изменения массы образцов. Эксперимент проведен при линейном нагреве со скоростью 10°С /мин от комнатной температуры до 1200°C.
Магнитные измерения проводились с использованием криогенного вибрационного магнитометра CFS-9T-CVTI в диапазоне температур от 4 до 300 К и магнитных полей до 50 кЭ.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Синтезированные образцы имеют при комнатной температуре структуру перовскита, описываемую пр. гр. Pbnm (рис.1). Соотношение параметров элементарной ячейки для манганитов EuMnO3 и Eu0.75Sr0.25MnO3 (c/√2 < a < b) характерно для искаженной O’-фазы с орбитальным упорядочением, вызванным эффектом Я-Т [14].
Рис. 1. Дифрактограммы манганитов EuMnO3 (а) и Eu0.75Sr0.25MnO3 (б).
Из рис. 1 видно, что с введением стронция снижается степень искажения перовскитоподобной структуры, что выражается в сближении пиков 110 и 002, (211 и 022, 020 и 112, а также 132 и 312. Рефлексы 023, 131, 311 и 024 исчезают. Таким образом, структура Eu0.75Sr0.25MnO3 становится более симметричной по сравнению с чистым манганитом европия, приближаясь к тетрагональной.
Перовскитоподобные манганиты демонстрируют большую чувствительность к величине фактора толерантности Гольдшмидта t = (rR + rO)/√2(rMn + rO), который показывает степень отклонения от идеальной (кубической) структуры перовскита, где t = 1. При достаточно низких значениях t кубическая симметрия нарушается наклонами и поворотами октаэдров MnO6. В перовскитоподобных манганитах редкоземельных элементов энергетически активными орбиталями являются орбитали Mn d3z2-r2 и dx2-y2 [14]. Для устранения вырождения внешней d-орбитали Mn Я-Т-искажения трансформируют октаэдр MnO6. Это позволяет компенсировать несоответствие в длинах связей между R–O и Mn–O для того, чтобы реализовать устойчивость структуры при t<1. Гетеровалентное замещение части катионов Eu3+на Sr2+ в структуре манганита EuMnO3 увеличивает средний радиус катиона в А-подрешетке и приводит к смешанному валентному состоянию ионов марганца Mn3+(3d4)/Mn4+(3d3) в В-подрешетке. Повышение степени окисления некоторой части ионов марганца Mn3+ (rэф = 0.65 Å) до Mn4+(rэф = 0.53Å) способствует увеличению t и приводит к стабилизации структуры за счет уменьшения степени искажения. Замещение европия Eu3+ (rэф =1.120 Å) стронцием Sr2+ (rэф = 1.31 Å) в манганите Eu1-xSrxMnO3 увеличивает среднее значение ионного радиуса в А-подрешетке и также увеличивает значение фактора толерантности. Искажение перовскитоподобной структуры по отношению к идеальной показывает величина орторомбической деформации D (%) [9], определяемая из соотношения
D = 1/3S3n=1 |(an –ā)/ā×100|, a1 = a, a2 =b, a3 = c/√2, ā = (abc/√2)1/3. (1)
Как видно из табл. 1, при замещении 25% катионов европия стронцием в А-подрешетке и, следовательно, росте фактора толерантности Гольдшмидта t (т.е. приближении элементарной ячейки к кубической) D снижается (тaбл. 1).
Таблица 1. Параметры элементарной ячейки, средний радиус иона в А-позиции (‹rA›), фактор толерантности Гольдшмидта (t) и величина орторомбической деформации (D) образцов Eu1-xSrxMnO3 (х = 0.0, 0.25)
Образец | a, Å | b, Å | c, Å | V, Å3 | ‹rA› | t | D, % |
EuMnO3 | 5.3264(1) | 5,8431(1) | 7.4421(2) | 231.59(3) | 1.12 | 0.873 | 4.42 |
Eu0.75Sr0.25MnO3 | 5.4210(1) | 5.5374(1) | 7.6270(2) | 228.91(4) | 1.16 | 0.890 | 1.06 |
Структурные параметры образцов при комнатной температуре определены методом Ритвельда с использованием программного комплекса EXPGUI [15]. Длины связей Mn–O и углы Mn–O–Mn являются значимыми структурными параметрами. Эволюция углов наклона и длин связей Mn–O в октаэдрах MnO6 при замещении 25% катионов европия стронцием в манганите EuMnO3 представлены в табл. 2. В структуре перовскитоподобных манганитов каждый атом кислорода связан с двумя атомами марганца соседних октаэдров, поэтому наблюдается последовательное искажение октаэдров. В идеальной кубической ячейке перовскита углы Mn–O–Mn составляют 180°. Искажение Я-Т вызывает наклон октаэдров MnO6, который характеризуется отклонением от идеального. Наклон октаэдров вдоль вертикальной оси кристалла можно рассчитать по выражению j1 = (p-|Mn–O1–Mn|)/2, в горизонтальной плоскости по выражению j2 = (p-|Mn–O2–Mn|)/2 [10]. Значения j1 и j2 уменьшаются с введением стронция в А-подрешетку структуры. В результате увеличения среднего радиуса катиона в А-подрешетке, когда часть европия замещается стронцием, происходит трансформация октаэдров MnO6 за счет увеличения апикальной связи Mn–O1 и усреднения связей Mn–O2. Также наблюдается увеличение углов Mn–O–Mn.
Таблица 2. Структурные характеристики образцов Eu1-xSrxMnO3 (х = 0.0, 0.25) при комнатной температуре
Образец | EuMnO3 | Eu0.75Sr0.25MnO3 |
Eu/Sr–О1(Å) | 2.6036(1) | 2.4109(1) |
3.2653(2) | 3.0307(2) | |
2.3547(2) | 2.4983(1) | |
<Eu/Sr–O1> (Å) | 2.7412 | 2.6466 |
Eu/Sr–O2×2 (Å) | 2.6527(1) | 2.6802(2) |
2.2824(1) | 2.2941(1) | |
2.6135(1) | 2.6039(1) | |
<Eu/Sr–O2> (Å) | 2.5162 | 2.5261 |
Mn–O1(m)×2 (Å) | 1.9143(1) | 1.9406(1) |
Mn–O2(l)×2 (Å) | 2.1532(1) | 2.1072(1) |
Mn–O2(s)×2 (Å) | 1.8938(1) | 1.9191(1) |
<Mn–O> (Å) | 1.9871 | 1.9889 |
Mn–O1–Mn (°) | 147.32 | 158.59 |
Mn–O2–Mn (°) | 146.43 | 148.49 |
j1 | 16.34 | 10.71 |
j2 | 16.79 | 15.76 |
σJT | 0.117 | 0.084 |
WRp, % | 22.3 | 19.5 |
Rp, % | 16.3 | 15.2 |
χ2 | 2.61 | 2.40 |
RBr, % | 8.43 | 7.15 |
В структуре O’-типа искажение октаэдра MnO6, вызванное Я-Т-воздействием, реализуется за счет трех разновеликих длин связей Mn–O: длинной (l), короткой (s) и средней (m). Оценить относительное Я-Т-искажение октаэдрического окружения Mn3+ (σJT) можно из соотношения [10]
σJT =√(1/3Σi [[(Mn–O)i – ⟨Mn–O⟩i]2 , (2)
где ⟨Mn–O⟩ – среднее значение длин связей.
В манганите европия с замещенным стронцием длины связей Mn–O1(m) и Mn–O2(s) увеличиваются, а Mn–O2(l) уменьшается. Зафиксированное изменение в структурных параметрах (длины связей Mn–O и углы Mn–O–Mn) свидетельствует о том, что эффект Я-Т ослабевает в результате замещения по А-подрешетке за счет снижения концентрации ионов Mn3+. Наибольшее значение Я-Т-искажения (σJT) показывает исходный манганит EuMnO3 (табл. 2), имеющий наибольшее количество Я-Т-ионов Mn3+. Зафиксированное изменение в структурных параметрах свидетельствует о том, что эффект Я-Т ослабевает в результате замещения по А-подрешетке за счет снижения концентрации ионов Mn3+, соответственно, наблюдается понижение значения параметра σJT при замещении. Изменения симметрии соединений в пределах рассматриваемого уровня замещения (x = 0.25) не наблюдается.
Переход манганитов европия из упорядоченного состояния в неупорядоченное (O’→О) может быть вызван как изменением химического состава вследствие замещения, так и повышением температуры. При использованном нами уровне замещения при комнатной температуре переход O’→О не зафиксирован.
При нагреве образцов от комнатной температуры до 1200°C, по данным термического анализа (рис. 2), для исходного манганита EuMnO3 определен температурный диапазон разрушения орбитального порядка, вызванного эффектом Я-Т (эндоэффект на кривой ДСК, обозначенный штриховыми линиями, при пиковой температуре 1042°C). Температура перехода Я-Т снижается до t=250°C при замещении европия на стронций при х=0.25. Полученный результат не противоречит данным [16], где наблюдалось подобное снижение температуры перехода Я-Т (O’→О) в перовскитах, вызванное заменой редкоземельного металла на щелочноземельный. Гетеровалентное замещение европия на стронций уменьшает количество ионов Mn3+, которые могут участвовать в механизме искажения. Таким образом, степень искажения, зависящая от концентрации стронция, и температура перехода O’→О взаимосвязаны.
Рис. 2. TГ- и ДСК-кривые манганитов европия Eu1-xSrxMnO3.
Согласно данным термогравиметрии (рис. 2), на начальной стадии нагрева наблюдается незначительная убыль массы (-0.05%) исходного манганита EuMnO3, обусловленная удалением адсорбированных на поверхности образца газов. При последующем нагреве его масса практически не изменяется, окисления образца не происходит. Процесс окисления в перовскитоподобных манганитах связан с разрушением Я-Т-упорядочения.
Поскольку температура разрушения Я-Т-упорядочения исходного манганита достаточно высокая, последующий нагрев до температуры 1200°C (в условиях нашего эксперимента) не успевает привести к его окислению. Остаточная масса манганита EuMnO3 в конце нагревания составляет 99.96%. Потеря массы манганита Eu0.75Sr0.25MnO3 на начальном этапе нагрева (0.11%) практически компенсируется по мере повышения температуры за счет его окисления после Я-Т-перехода.
Переход Я-Т в манганитах европия был подтвержден с помощью высокотемпературной рентгеновской дифракции (рис. 3). Температурные зависимости параметров элементарной ячейки манганитов демонстрируют уменьшение параметра b и увеличение параметров а и c. Значения параметров a и c/√2 сходятся (рис. 3) в области перехода Я-Т. Выше этой температуры соотношение параметров элементарной ячейки становится a < c/√2 < b, что указывает на переход из упорядоченной фазы в неупорядоченную (O’→О). Это фазовый переход первого рода, поэтому существует двухфазная область (рис. 3). Кооперативное Я-Т-искажение устраняет вырождение орбитали Mn3+ ниже температуры перехода TJT, а ниже температуры T* существует дальний порядок орбиталей 3d3x2-r2 и 3d3y2- r2 [17].
Рис. 3. Tемпературные зависимости параметров элементарной ячейки образцов Eu1-xSrxMnO3 с х = 0.0 (а), 0.25 (б); Т* – температура начала орбитального упорядочения, TJT – температура Я-Т -перехода.
В перовскитоподобных манганитах RMnO3 магнитные свойства тесно связаны с искажением их кристаллической структуры. Увеличение среднего радиуса в А-подрешетке при замещении 25% катионов Eu на Sr изменяет значимые структурные параметры: длины связей Mn–O, Eu(Sr)–O. Изменение соотношения ионов Mn3+/Mn4+ в результате замещения приводит к уменьшению Я-Т-искажения, которое проявляется изменением наклона октаэдров MnO6 и увеличением углов Mn–O–Mn. Увеличение углов Mn–O–Mn, с точки зрения обменного взаимодействия, облегчает возможность переноса электрона eg между соседними разновалентными ионами марганца вдоль цепей Mn3+→O2-→Mn4+. Таким образом, орбитальный порядок, определяемый степенью Я-Т-искажения, изменяет магнитное состояние манганитов.
Изменение приложенных воздействий, таких как температура (как повышение, так и понижение) и магнитное поле, влияет на трансформацию кристаллической и электронной структуры манганитов. По температурным зависимостям намагниченности манганитов европия определена температура Нееля (TN) (рис. 4), которая смещается в сторону высоких температур по мере увеличения содержания стронция. При замещении стронцием доля ионов Mn4+ увеличивается, обеспечивая повышенную энергию двойного обменного взаимодействия и, следовательно, высокие температуры Нееля. Снижение орторомбического (D) и Я-Т-искажений (σJT) в результате замещения европия стронцием определяет возможную передачу проводящего электрона в eg-состоянии между соседними участками Mn. Гетеровалентное замещение Eu/Sr в манганитах приводит к перераспределению электронной плотности между A- и B-подрешетками за счет изменения зарядового состояния части катионов Mn. Таким образом, локализация дополнительных электронов на 3d-уровне в В-подрешетке обеспечивает увеличение магнитного момента манганитов. Это приводит к росту намагниченности и магнитной восприимчивости в замещенном стронцием манганите европия. Также растет и парамагнитная температура (θ). При этом меняется ее знак с отрицательного на положительный. Данный факт указывает на развитие ферромагнитных корреляций в антиферромагнитной подсистеме марганца. Изменение характеристического параметра температуры – Кюри-Вейсса (θ) – с замещением части трехвалентных катионов двухвалентными по А-подрешетке типично для подобных систем. Во-первых, мы видим, что θ растет при допировании стронцием. Во-вторых, введение двухвалентного стронция в структуру приводит к перераспределению заряда между катионами Mn, изменяя соотношение Mn3+/Mn4+, углы связи Mn–O–Mn и длины связей Mn–O, и в конечном итоге – к смене знака парамагнитной температуры (θ) с отрицательного на положительный. Это свидетельствует о доминировании ферромагнитных корреляций в образце, содержащем стронций.
Рис. 4. Температурные зависимости намагничивания (m) и обратной магнитной восприимчивости (c-1) манганитов европия EuMnO3 (а) и Eu0.75Sr0.25MnO3 (б).
Изотермические зависимости намагниченности (рис. 5) демонстрируют петли гистерезиса для обоих манганитов. Форма петель гистерезиса свойственна сильно анизотропным материалам. Уменьшение магнитного поля от максимального значения приводит к линейному уменьшению намагниченности, за которым следует плавная кривизна в малых полях. Ширина петли гистерезиса уменьшается при замещении части катионов Eu3+ на катионы Sr2+.
Рис. 5. Изотермические зависимости намагниченности манганитов европия EuMnO3 (а) и Eu0.75Sr0.25MnO3 (б) при Т=4К.
Следует обратить внимание на изменение коэрцитивной силы (Hc) манганита европия при допировании стронцием. Коэрцитивная сила является структурно-чувствительной характеристикой. Существенное понижение значения Hc (табл. 3) при замещении 25% катионов Eu на Sr обусловлено снижением вырождения eg-уровня, которое определяет изменение структурных характеристик: длин связей Eu(Sr)–O, Mn–O и углов Mn–O–Mn.
Таблица 3. Магнитные характеристики манганитов европия
Образец | TN, K | θ, K | μeff, μB | Hc, Э | Источник |
EuMnO3 | 49 | -87.7 | 6.24 | 9200 | Наши данные |
Eu0.75Sr0.25MnO3 | 65 | 96 | 6.93 | 1000 | Наши данные |
Eu0.7Sr0.30MnO3 | 62 | 63 | 6.8 | - | [18] |
Eu0.70Ca0.30MnO3 | 74 | 47 | 5.9 | - | [18] |
Eu0.98Mn1.02O3 | 85 | 22.3 | 6.95 | - | [19] |
Наши данные коррелируют со значениями магнитных параметров для образца Eu0.7Sr0.30MnO3 из работы [18]. Там же приведены данные для манганита европия, допированного кальцием. Тенденция изменения магнитных характеристик при гетеровалентном замещении Eu3+/Ca2+ (rэф Ca2+ = 1.18 Å) подобна установленной в нашей работе. Необходимо отметить, что манганит Eu0.70Ca0.30MnO3 имеет моноклинную структуру в отличие от замещенных стронцием манганитов, рассматриваемых в нашей работе, имеющих орторомбическую структуру. Из табл. 3 видно, что введение в А-подрешетку двухвалентного катиона с меньшим ионным радиусом (rCa = 1.18 Å) увеличивает температуру Нееля, но уменьшает эффективный магнитный момент.
Другим способом изменения магнитных свойств EuMnO3 является изменение катионного соотношения между А- и В-подрешетками, так называемое самолегирование [19]. Мы провели дополнительное исследование магнитных свойств образца Eu0.98Mn1.02O3. Степень ромбического искажения, обусловленная эффектом Я-Т, ослабевает с уменьшением концентрации ионов Mn3+ и зависит от химического состава, валентного состояния марганца и размещения ионов марганца разной валентности в неэквивалентных кристаллографических позициях. В этом соединении присутствуют ионы Mn2+, которые являются продуктом реакции диспропорционирования2Mn3+ = Mn2+ + Mn4+. При этом сокращается число Я-Т-ионов Mn3+, уменьшается степень искажения. Для сохранения электронейтральности в манганите Eu0.98Mn1.02O3 катионы Mn2+ заполняют вакансии в А-подрешетке. Для этого манганита зафиксировано повышение температуры Нееля по сравнению с исходным манганитом EuMnO3 (рис. 6 и табл. 3). Это свидетельствует о том, что замещение трехвалентных катионов в А-подрешетке двухвалентными увеличивает ферромагнитные корреляции.
Рис. 6. Температурные зависимости намагничивания (m) и обратной магнитной восприимчивости (c–1) манганита европия Eu0.98Mn1.02O3.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Манганиты Eu1-xSrxMnO3 (х = 0.0, 0.25), синтезированные керамическим способом, при комнатной температуре имеют перовскитоподобную структуру (пр. гр. Pbnm). При повышении температуры эти манганиты демонстрируют Я-Т-переход из упорядоченного состояния в неупорядоченное. Замещение части катионов европия стронцием вызывает снижение температуры Я-Т-перехода с 1042°С (х = 0.0) до 252°С (х = 0.25).
Все исследованные манганиты проявляют магнитный переход ПМ–АФМ с характерной температурой Нееля. Замещение части катионов европия стронцием в Eu1-xSrxMnO3 смещает температуру перехода в сторону более высоких температур: от ТN = 49К при х = 0.0 до ТN = 65К при х = 0.25. Гетеровалентное частичное замещение Eu3+ на Sr 2+ или на Mn2+ в А-подрешетке приводит к увеличению температуры Нееля, что свидетельствует о развитии ферромагнитных корреляций в АФМ-подсистеме марганца.
ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ
Работа выполнена в рамках госзадания ИМЕТ УрО РАН по теме № 122 013 100 200-2 на оборудовании ЦКП “Урал-М”.
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.
About the authors
О. М. Федорова
Институт металлургии УрО Российской академии наук
Author for correspondence.
Email: fom55@mail.ru
Russian Federation, 620016 Екатеринбург, ул. Амундсена, 101
Л. Б. Ведмидь
Институт металлургии УрО Российской академии наук; Уральский федеральный университет
Email: fom55@mail.ru
Russian Federation, 620016 Екатеринбург, ул. Амундсена, 101; 620002 Екатеринбург, ул. Мира, 19
С. А. Упоров
Институт металлургии УрО Российской академии наук
Email: fom55@mail.ru
Russian Federation, 620016 Екатеринбург, ул. Амундсена, 101
References
- Sakthipandi К., Hossain А., Rajkumar G. Structure–Property Relations in Rare-Earth Doped Manganite Perovskites // Mater. Res. Found. 2019. V. 57. P. 149-174. https://doi.org/10.21741/9781644900390-7
- Troyanchuk I.O., Samsonenko N.V., Kasper N. V., Szymczak H., Nabialek A. Magnetic and Transport Properties of EuMnO3+x Substituted by Ca, Sr and Cr Ions // Phys. Status Solidi A. 1997. V. 160. P. 195-203. https://doi.org/10.1002/1521-396X(199703)160:1 <195::AID-PSSA195>3.0.CO;2-M
- Федорова О.М., Ведмидь Л.Б., Балакирева В.Б., Воротников В.А., Балакирев В.Ф. Влияние концентрации бария на структурные свойства и электропроводность твердых растворов Pr1-xBaxMnO3 (x=0, 0.15, 0.25) // Неорган. материалы. 2021. Т. 57. № 4. С. 412-418. https://doi.org/10.31857/S0002337X221040047
- Константинова Е.И., Литвинов В.А., Рыжков М.А., Коряков А.Д., Леонидов И.А. Термоэлектрические свойства манганитов Ca0.5-xSr0.5LuxMnO3-Δ // Неорган.материалы. 2023. Т. 59. № 12. С. 1365-1371. https://doi.org/10.31857/S0002337X23120059
- Li Z., Li M., Zhu Z. Perovskite Catode Materials for Low-temperature Solid Oxide Fuel Cells: Fundamentals to Optimization // Electrochem. Energy Rev. 2021. V. 5. № 2. P. 263-311. https://doi.org/10.1007/s41918-021-00098-3
- Ran R., Wu X., Quan C., Weng D. Effect of Strontium and Cerium Doping on the Structural and Catalytic Properties of PrMnO3 Oxides // Solid State Ionics. 2005. V. 176. № 9–10. P. 965-971. http://doi.org/10.1016/j.ssi.2004.11.018
- Goto T., Kimura T., Lawes G., Ramirez A.P., Tokura Y. Ferroelectricity and Giant Magnetocapacitance in Perovskite Rare-Earth Manganites // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 92. № 25. P. 257201. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.92.257201
- Maris G., Volotchaev V., Palstra T. T M. Effect of Ionic Size on the Orbital Ordering Transition in RMnO3-d // New J. Phys. 2004. V. 6. Р.153. https://doi.org/10.1088/1367-2630/6/1/153
- Knizek K., Jirak Z., Pollert E., Zounova F., Vraislav S. Structure and Magnetic Properties of Pr1-xSrxMnO3 Perovskites // J. Solid State Chem. 1992. V. 100. P. 292–306. https://doi.org/10.1016/0022-4596(92)90103-3
- Karmakar S., Majumdar S., Giri T. Tuning A-site Ionic Size in R0.5Ca0.5MnO3 (R= Pr, Nd and Sm): Robust Modulation in dc- and ac- Transport Behavior // J. Phys.: Condens. Matter. 2011. V. 23. P. 495902. https://doi.org/10.1088/0953-8984/23/49/495902
- Nagaraja B.S., Rao A., Okram G.S. Structural, Electrical, Magnetic and Thermal Studies on Eu1-x SrxMnO3 // J. Alloys Compd. 2016. V. 683. P. 308-317. http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.05.098
- Tadokoro Y., Shan Y-J., Nakamura T., Nakamura S. Crystal Structure and Characterizations of Perovskite Oxides (Eu1-х Srх)MnO3 (0.0≤x≤0.5) // Solid State Ionics. 1998. V. 108. P. 261–267.
- Wang J. Z., Sun J. R., Liu G. J., Xie Y. W., Wang D. J., Zhao T. Y., Shen B.G. Magnetic, Electronic and Thermal Transport Properties of Eu0.55Sr0.45MnO3 // Phys. Rev. B. 2007. V. 76. P. 104428. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.76.104428
- Alonso J.A., Martinez-Lope M.J., Casais M.T., Fernandez-Diaz M.T. Evolution of the Jahn-Teller Distortion of MnO6 Octahedra in RMnO3 Pperovskites (R = Pr, Nd, Dy, Tb, Ho, Er, Y): a Neutron Diffraction Study // Оrg. Chem. 2000. V. 39. P. 917-923. https://doi.org/10.1021/ic990921e
- Toby B.H. EXPGUI, a Graphical User Interface for GSAS // J. Appl. Crystallogr. 2001. V. 34. P. 210-213.
- Vedmid’ L.B., Fedorova O.M., Kozhina G.A., Uporov S.A. Influence of Strontium Concentration on Structure and Magnetic Properties of Solid Solution Nd1-xSrxMnO3 (x=0; 0.15; 0.25; 0.50) // J. Solid State Chem. 2022. V. 312. Р. 123244. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2022.123244
- Mihalik M., Csach K., Kave V. Cooperative Jahn-Teller Effect in NdMn1-xFexO3-d (0≤x≤ 0.2)// J. Alloys Compd. 2021. V. 857. Р. 157612. http://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157612
- Mukovskii Y. M., Hilscher G., Michora H., Ionov A. M. Magnetic Properties, Resistivity and Heat Capacity of EuMnO3 and Eu0.7A0.3MnO3 (A=Ca, Sr) Compounds // J. Appl. Phys. 1998. V. 83. № 1. Р. 7163-7165. http://dx.doi.org/10.1063/1.367628
- Cherepanova L. A., Estemirova S. Kh., Mitrofanov V. Ya., Uporov S. A. Cationic Nonstoichiometry, Crystal Structure, and Magnetic Properties of Eu1–x Mn1+ xO3 // J. Supercond. Nov. Magn. 2022. V. 35. P. 3301–3307. https://doi.org/10.1007/s10948-022-06415-1
Supplementary files
