Влияние высокого давления на кристаллическую и магнитную структуру манганита Pr 0.7 Sr 0.3 MnO 3 Н.Т. Данг 1),2) , Д.П. Козленко 1) , L.S.Dubrovinsky 1) , С.Е. Кичанов 1) , Е.В.Лукин 1) , Б.Н. Савенко 1) 1) Объединенный институт ядерных исследований, 141980, Дубна, Россия 2) Тульский государственный университет, 300600, Тула, Россия 3)Bayerisches Geoinstitute, University Bayreuth, D-95440 Bayreuth, Germany
15
Embed
Влияние высокого давления на кристаллическую и магнитную структуру манганита Pr 0.7 Sr 0.3 MnO 3
Влияние высокого давления на кристаллическую и магнитную структуру манганита Pr 0.7 Sr 0.3 MnO 3. Н.Т. Данг 1),2) , Д.П. Козленко 1) , L . S . Dubrovinsky 1) , С.Е. Кичанов 1) , Е.В.Лукин 1) , Б.Н. Савенко 1) 1) Объединенный институт ядерных исследований, 141980, Дубна, Россия - PowerPoint PPT Presentation
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Влияние высокого давления на кристаллическую и магнитную структуру манганита
1) Объединенный институт ядерных исследований, 141980, Дубна, Россия2) Тульский государственный университет, 300600, Тула, Россия3)Bayerisches Geoinstitute, University Bayreuth, D-95440 Bayreuth, Germany
Перовскитоподобные манганиты A1-xBxMnO3
J.M.De Teresa et al., Phys. Rev. B 54, 1187 (1996).
Перовскитоподобные манганиты проявляют большое разнообразие физических свойств в зависимости от типа A, B - элементов и степени легирования х. Сильная корреляция магнитных, электронных и транспортных свойств манганитов приводит к их высокой чувствительности к внешним воздействиям – изменению температуры, приложению магнитных полей и высокого давления.
La0.67Ca0.33MnO3 при магнитных полях La0.67Ca0.33MnO3 при давлениях
Магнитные свойств манганитов
Магнитные свойства манганитов Pr1-xSrxMnO3 определяются балансом двух конкурирующих взаимодействий – двойного обмена, связанного с выигрышем в кинетической энергии за счет переноса делокализованных электронов в цепочках и способствующего ферромагнитному (ФМ) упорядочению магнитных моментов Mn, и антиферромагнитного (АФМ) сверхобмена между магнитными моментами Mn, сформированными локализованными электронами.
ФМ и АФМ взаимодействия зависят от межатомных расстояний Mn-O и валентных углов Mn-O- Mn.
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.
Анализ дифракционных данных производился методом Ритвельда с помощью программ MRIA (кристаллическая структура) и FullProf (магнитная структура).
Цель работы: исследование влияния высокого давления на кристаллическую, магнитную структуру и рамановский спектр манганита Pr0.7Sr0.3MnO3 методам рентгеновской и нейтронной дифракции и Рамановспектрокопии
Экспериментальные установки: Эксперименты по нейтронной дифракций проводились с помощью спектрометра ДН-12 импульсного высокопоточного реактора ИБР-2 (ЛНФ им. И.М. Франка, ОИЯИ, Дубна) с использованием камер высокого давления с сапфировыми наковальнями в диапазоне температур 10 – 295 К и внешних высоких давлений до 5 ГПа. Эксперименты по рентгеновской дифракций в диапазоне давлений до 28 ГПа при комнатной температуре проводились с помощью специального дифрактометра, состоящего из высокопоточного генератора рентгеновского излучения FRD (Mo K - излучение с =0.7115), фокусирующей оптической системы FluxMax и детектора Bruker APEX CCD. Спектры Pамановского рассеяния света измерялись на спектрометре LabRam (NeHe-лазер с длиной волны 632 нм, конфокальная щель 110 мкм и 50 объектив) до 28 ГПа.
1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
0
2500
5000
7500
10000
FM
dhkl
, Å
Inte
nsi
ty (
arb
. un
its)
P = 0 GPa, T = 295 K
P = 0 GPaT = 10 K
dhkl
, Å
AFM
NaCl
NaClP = 4.5 GPaT = 10 K
NaCl
FM3 4 5 6 7 8
NaCl
FМFМ
AFM
P = 0 GPа T = 10 K
AFMP = 4.5 GPa T = 10 K
Спектры нейтронной дифракцией
0 1 2 3 4
1.90
1.92
1.94
1.96
b)
P, GPa
Mn-O2>
Mn-
O, Å
a)
0 1 2 3 4
161
162
163
164
Mn-O1
Mn-O-Mn>
Mn-
O-M
n> ,
0
bP
M n
O 1
O 2O 2
c a
bP
M n
O 1
O 2O 2
c a
Ideal Cubic:
lMn-O1/lMn-O2 = 1
Ed(z2)
Ed(x2-y2)
Ed(z2)
Ed(x2-y2)
X
Z
X
Y
Структура АФМ А-типа при высоких давлениях
Орбитальное упорядочение АФМ А-типа
Z.Fang, V.I.Solovyev, and K.Terakura, Phys. Rev. Lett. 84 3169 (2000)
Анизатропное. Сжатиевдоль оси b:
lMn-O1/lMn-O2 < 1
При повышении давлении происходит увеличение объемной доли АФМ фазы А-типа, что свидетельствует о усилении АФМ сверхобмена. Установлена ТN =152(4)K при Р=4.5 ГПа.
0 50 100 150
0.5
1.0
1.5
2.0
P = 4.5 ГПа Pr0.7Sr0.3MnO3
АФМ А-типа
АФ
М
B
T, K
АФМ 1 NA T T
Температура фазового перехода в ФМ состояние линейно увеличивает с барическим коэффициентом dTc./dP ≈2.2 K/ГПа
0 0
3
1S
FM FM
C
S TB
S T
0 100 200 300
1
2
3
4
Р, GPa
P = 4.5 GPa
P = 0 GPa
P = 1.9 GPa
T, K
FМ
B
TC,
K0 1 2 3 4
272
276
280
284
В рамках модели двойного обмена температура фазового перехода в ФМ фазу пропорциональна величиной ширины зоны носителей заряда W: TC~W 2 3.5
0 cos /W W l
Mn-O Mn-O-M Mn-O-Mn(1 / )( / ) 3.5 2( ). tan( ).C C nT dT dP k k
где kMn-O– среднее значение сжимаемости длин связей , φMn-O-Mn– среднее
значение угла и его сжимаемость
Mn-O-M 0 Mn-O-M(1/ )( / )n n Tk d dP
Рассчитанное на основе полученных барических зависимостей структурных параметров значение dTc/dP=3 K/ГПа близко к экспериментальному dTc/dP=2.2 K/ГПа.
10 12 14 16 18 20 22
0
10000
20000
30000Pr0.7Sr0.3MnO3
2 deg
Inte
nsi
ty, arb
. units Au
Au Re
0 GPa
1.9 GPa
6.2 GPa
(210)(202)/(040)
(220)/(022)
(002)/(200)/ (121)
(111)(101)/(020)
9.4 GPa
Re
bp
10.4 11.2 12.0
6.2 GPa
0 GPa
Imma
(111)Pnma
Спектры рентгеновской дифракцией при высоких давлениях
0 5 10 15 20 25 30
5.2
5.3
5.4
5.5
Ptr
V, Å
3
P, GPa
La
ttic
e p
ara
me
ters
, Å
P, GPa
c
a
2/b
a
0 5 10 15 20 25 30205
210
215
220
225
230
235
Ptr
b
4
3
7 5 2
3 3 3
0 10 0 0
3 31 4 1
2 4
V V VP V B B
V V V
Уравнение состояния Birch–Murnaghan:
0 1 0( / ) ( / )T TB V dP dV B dB dP где
B0=120(4) ГПа Pnma
B0=170(4) ГПа Imma
Рамановские спектры манганита при различных давлениях при комнатной температуре
400 6000
500
1000
1500
Bg
3.0 GPa
7.4GPa
12.4GPa
Inte
nsi
ty,
arb
. u
nit
s
20.9 GPa
a
Ag
0 5 10 15 20 25
435
450
465
480
495
510
Ag
b
Raman shift, cm-1
Ram
an f
req
uen
cies
, cm-1
P, GPa
Заключение
Результаты настоящей работы показывают, что :
1. При давлении P 7 ГПа наблюдается структурный фазовый переход из орторомбической фазы с пространственной группой Pnma в орторомбическую фазу высокого давления с симметрией Imma.
2. При воздействии внешнего высокого давления в манганите происходит изменение магнитного состояния с ферромагнитного на антиферромагнитное А-типа. ФМ и АФМ фазы сосуществуют друг с другом в исследуемом диапазоне давлений. С повышением давления происходит постепенное уменьшение объема ФМ фазы и увеличение объема АФМ фазы.
3. Увеличение температуры Кюри для ФМ фазы, наблюдаемое в эксперименте, может быть объяснено в рамках модели двойного обмена.