Дефектность структуры и магниторезистивные свойства керамики La₀,₆Sr₀,₂Mn1,2-xFexO3±δ

Abstract

Рентгеноструктурным, резистивным, магнитным, ЯМР ⁵⁵Mn методами исследованы керамические магниторезистивные манганит-лантановые перовскиты La₀,₆Sr₀,₂Mn1,2–xFexO3 (x = 0; 0,02; 0,05; 0,1), отожженные при 1170 и 1500 °С. Установлено, что повышение содержания Fe приводит к уменьшению температуры фазовых переходов металл–полупроводник Tms и Кюри Тc, к увеличению пика магниторезистивного эффекта вблизи этих фазовых переходов и его росту при низких температурах, при которых магниторезистивный эффект обусловлен туннельными переходами носителей между кристаллитами. Широкий асимметричный спектр ЯМР ⁵⁵Mn, резонансная частота которого с увеличением x смещается в область меньших частот, подтверждает высокочастотный электронно-дырочный обмен между ионами Mn³⁺ и Mn⁴⁺ и высокую дефектность решетки, содержащей не только вакансии, но и кластеры. Гистерезис на полевых зависимостях намагниченности при 4,2 К обусловлен изменением доли низкоспинового Mn²⁺ в кластерах, магнетизм которых проявляется ниже 42 К. Увеличение энергии активации при повышении содержания Fe объяснено влиянием этих ионов на дефектность структуры, концентрацию носителей заряда и электронно-дырочный обмен между разновалентными ионами марганца в В-позициях.

Рентгеноструктурним, резистивним, магнітним, ЯМР ⁵⁵Mn методами досліджено керамічні магн іторезистивні манганіт-лантанові перовскіти La₀,₆Sr₀,₂Mn1,2–xFexO3 (x = 0; 0,02; 0,05; 0,1), які відпалено при 1170 та 1500 °С. Встановлено, що підвищення вмісту Fe призводить до зменшення температури фазових переходів метал–напівпровідник Tms і Кюрі ТС, до збільшення піка магніторезистивного ефекту поблизу цих фазових переходів і його росту при низьких температурах, при яких магніторезистивний ефект обумовлено тунельними переходами носіїв між кристалітами. Широкий асиметричний спектр ЯМР ⁵⁵Mn, резонансна частота якого зі збільшенням х зміщується в область менших частот, підтверджує високочастотний електронно-дірковий обмін між іонами Mn³⁺ та Mn⁴⁺ і високу дефектність гратки, що містить не тільки вакансії, але й кластери. Гістерезис на польових залежностях намагніченості при 4,2 К обумовлено зміною частки низькоспінового Mn²⁺ у кластерах, магнетизм яких проявляється нижче 42 К. Збільшення енергії активації при підвищенні вмісту Fe пояснено впливом цих іонів на дефектність структури, концентрацію носіїв заряду й електронно-дірковий обмін між різновалентними іонами марганцю в В-позиціях.

The ceramic magnetoresistive lanthanum-strontium manganites La₀,₆Sr₀,₂Mn1,2–xFexO3 (x = 0; 0.02; 0.05; 0.1) were prepared at temperatures of 1170°C and 1500°C and have been investigated by x-ray, magnetic and ⁵⁵Mn NMR methods. The decrease in the temperature of the metal–semiconductor phase transition Tms and the Curie temperature Tc were observed at increasing Fe contents. Also, the magnetoresistance increased near the phase transition and then decreased at lower temperatures. The broad asymmetric ⁵⁵Mn NMR spectrum whose resonance frequency shifts towards lower frequencies confirms the existence of a high-frequency electron–hole exchange between Mn³⁺ and Mn⁴⁺ ions and large contents of defects in the lattice, containing not only vacancies, but clusters, as well. The hysteresis in the field dependences of magnetization at 4.2 K is due to the change in the share of low-spin Mn²⁺ states in the clusters, whose magnetism reveals itself below 42 K. The increase of activation energy with the Fe content is attributed to the influenced the Fe ions on the structure defects, the concentration of charge carriers and the electron–hole exchange between–different valence Mn ions in the B-position.