Влияние высокого давления на кристаллическую и магнитную структуру манганита Pr 0.1 Sr 0.9 MnO 3 С. Е. Панков 1, С. Е. Кичанов 1, Д. П. Козленко 1, Е. - презентация

1 Влияние высокого давления на кристаллическую и магнитную структуру манганита Pr 0.1 Sr 0.9 MnO 3 С. Е. Панков 1, С. Е. Кичанов 1, Д. П. Козленко 1, Е. В. Лукин 1, Б. Н. Савенко 1, Д. М. Левин 2 1 Лаборатория Нейтронной Физики им И.М. Франка, ОИЯИ,141980, Моск. обл., Россия 2 Тульский Государственный Университет, ТулГУ,300600, г. Тула, Россия Введение Замещенные манганиты со структурой перовскита начали изучать более 50 лет назад. Интерес к их изучению возник из-за того, что эти твердые растворы, получаемые на базе оксидов марганца, имеют большое разнообразие структурных, магнитных и транспортных свойств. В то же время, исследования манганитов выявили новое явление, названное колоссальным магнитным сопротивлением. Манганиты - магнитные оксидные материалы на основе Mn Легирование щелочноземельными элементами приводит к появлению в манганитах A 1-x B x MnO 3 иона Mn 4+ A 1-x B x [ (Mn 3+ ) 1-x (Mn 4+ ) x ]O 3 - где A и B – редкоземельный и щелочноземельный металлы соответственно). Нелегированные манганиты AMnO 3, где A – редкоземельный металл, содержат только ионы Mn 3+ и являются диэлектриками Эффект «Колоссального магнитосопротивления» (КМС) – изменение величины удельного электросопротивления образца при приложении внешнего магнитного поля: В соединениях La – Ca – Mn – O Кристаллическая и магнитная структура Pr 0.1 Sr 0.9 MnO 3 под давлением Установка ДН-12 Диапазон по по d hkl 0.6 – 13 Å Разрешение Достижимое давление до 5 GPa Достижимые температуры 10 – 300 K Камера высокого давления Для создания высоких давлений на образце в экспериментах на ДН-12, используются, камеры высокого давления с наковальнями из легкодоступного монокристаллического сапфира. Давление измеряется по сдвигу линии флюоресценции рубина. Для этого несколько небольших кристалликов рубина кладут на полоску алюминиевой фольги, которая располагается между наковальней и поверхностью образца по его диаметру, затем с помощью лазера в них возбуждается флуоресценция. Измерительная аппаратура регистрирует распределение по длинам волн флюоресценции рубина. Фотография камеры высокого давления с сапфировыми наковальнями. Камеры высокого давления на основе сапфировых наковален обеспечивают квазигидростатическое распределение давления на образце. Наиболее выгодными в этом смысле являются наковальни с лунками. При комнатной температуре исследуемое соединение имеет кубическую решетку структуры перовскита, пространственную группу Pm3m (номер пространственной группы 221). Как показывает анализ, при данной температуре и нормальном давлении (внешнее давление P= 0 ГПа) Pr 0.1 Sr 0.9 MnO 3 находится в парамагнитной фазе, магнитное упорядочение отсутствует. Каждый катион марганца находится в октаэдрическом окружении анионов кислорода. Структура Pr 0.1 Sr 0.9 MnO 3 типа перовскита. В такой модификации атомы Pr или Sr расположены в центре кубической решетки, атомы марганца Mn – в вершинах кубической решетки, а атомы кислорода O на серединах ребер куба. Для каждого значения давления было рассчитано относительное изменение объема элементарной ячейки. Зависимость успешно аппроксимируется уравнением Берча-Мурнахана: Где B 0 – модуль всестороннего сжатия, B 1 – его производная по давлению. Зная модуль всестороннего сжатия, можно получить коэффициент линейной сжимаемости Вычисленные значения модуля всестороннего сжатия B 0 =290,6(9) ГПа, коэффициента линейной сжимаемости K a =0,00114(7) ГПа -1 Фазовая диаграмма манганитов Pr 1- x Sr x MnO 3 и температурное распределение намагниченности для Pr 0,1 Sr 0,9 MnO 3. Экспериментальная установка Эксперимент по исследованию кристаллической и магнитной структуры соединения Pr 0,1 Sr 0,9 MnO 3 проводился на дифрактометре ДН-12 реактора ИБР-2. В ходе работы были исследованы поликристаллические образцы объемом 2.5 мм 3, находящиеся при давлениях до 5 ГПа и температурах 10 – 300 K. Для создания нагрузки использовались камеры высокого давления с сапфировыми наковальнями. Давление измерялось по сдвигу линии люминесценции рубина. На сегодняшний день ДН-12 является одной из немногих установок в мире, позволяющих проводить нейтронографические исследования при высоких давлениях, при этом для экспериментов используются образцы рекордно малого объема. P=0 GPa P=1.8 GPa P=3.4 GPa P=4.9 GPa АФМ пики магнитных фаз С и G типа. Кристаллическая структура Pr 0.1 Sr 0.9 MnO 3 при низкой температуре описывается тетрагональной сингонией с пространственной группой I4/mcm. Экспериментальные нейтронные дифракционные спектры соединения Pr 0.1 Sr 0.9 MnO 3, измеренные при нормальном давлении и различных температурах. В увеличенном масштабе показаны антиферромагнитные пики. Наблюдается явное уменьшение интенсивности этих пиков при увеличении температуры. АФМ фаза С типа АФМ фаза G типа Зависимость магнитного момента катиона Mn в АФМ – фазах С и G типа при различных давлениях, аппроксимированная функцией Бриллюэна С – тип АФМ G – тип АФМ Mn Представлены нейтронные дифракционные спектры соединения Pr 0.1 Sr 0.9 MnO 3 при различных давлениях – a), зависимость длины связи Mn-O от давления при низкой температуре –b), зависимости параметров элементарной ячей- ки от давления при низкой температуре – c). a)b) c) Заключение Были уточнены параметры кристаллической решетки Pr 0.1 Sr 0.9 MnO 3 при различных давлениях и температурах Уточнен фазовый состав и магнитная структура манганита Найдены коэффициенты линейной сжимаемости и модули всестороннего сжатия Изучено влияние температуры на величину магнитного момента катиона марганца, найдены точки Нееля для различных давлений, зависимости температуры Нееля от давления обнаружено не было. K a = (1) ГПа -1 K b = (5) ГПа -1