Structure, magnetic and electrical properties of La-Sr manganite doped with cerium and zinc

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

Background and Objectives: Doped manganites of La-Sr system exhibiting effects of colossal magnetoresistance, giant magnetostriction, and electrical switching are promising functional materials for various technical applications, in particular for sensor and information devices. However, the influence of characteristics of doping ions, especially those introduced into various sublattices, on the properties of manganites and their frequency dependences has not been sufficiently studied. The aim of this work is to establish the influence of Ce4+(5p6) and Zn2+(3d10) ions, which are donors and acceptors, on crystal lattice parameters of manganites, their magnetization, Curie point, magnetoresistance, and dependences of the resistance on the frequency and amplitude of electric field. Materials and Methods: For the first time, single-phase ceramic La0.625Sr0.35Ce0.025Mn0.975Zn0.025O3 manganite was synthesized. Parameters of crystal structure were determined from powder X-ray diffractograms. Specific magnetization measurements were performed in magnetic field with an induction of 0.56 T. Curie point was determined by the maximum modulus of the derivative of magnetic permeability with respect to temperature. Measurements of the resistance were performed in the frequency range from 100 kHz to 4 MHz at two values of measuring voltage. Dependences of magnetoresistance on the temperature were measured in transverse field with an induction of 0.92 T. Results: The synthesized manganite has a rhombohedral crystal structure. Specific magnetization (91.2 A · m2/kg at 80 K) is higher, and Curie temperature (222 K) is lower than that of the manganite of basic composition La0.65Sr0.35MnO3. A significant width of the temperature range of ferromagnetic–paramagnetic transition (about 45 K) indicates a high inhomogeneity of obtained manganite. At the temperatures exceeding 285 K, manganite exhibits semiconductor properties. The modulus of negative magnetoresistance varies with temperature nonmonotonically and reaches a maximum (18%) at the temperature of 231 K. With an increase in frequency in the range from 100 kHz to 4 MHz, the resistance of manganite decreases with a slowdown of the fall process in the region of 1.5–2 MHz. Conclusion: The results obtained are explained by diamagnetic dilution of octahedral sublattice with zinc ions, formation of Mn2+ ions, increase in spin fluctuations near Curie point, relationship of electronic band structure with magnetic subsystem of manganite, phase stratification and formation of the clusters of different-valence ions, competition and change of charge transfer mechanisms (hopping, tunneling, percolation) depending on temperature and frequency. Established dependencies are important for understanding the mechanisms of the effect of simultaneous introduction of quadrivalent and divalent ions into various sublattices of manganites on their properties, and are also of interest for obtaining manganites with required parameters.

Sobre autores

Igor Derzhavin

Astrakhan Tatishchev State University

ORCID ID: 0000-0001-8037-1909
Código SPIN: 5288-4337
20a Tatishchev St., Astrakhan 414056, Russia

Alexey Badelin

Astrakhan Tatishchev State University

ORCID ID: 0000-0002-1276-840X
Código SPIN: 3960-3173
20a Tatishchev St., Astrakhan 414056, Russia

Vladimir Karpasyuk

Astrakhan Tatishchev State University

ORCID ID: 0000-0002-5154-2171
Código SPIN: 7396-1492
20a Tatishchev St., Astrakhan 414056, Russia

Svetlana Estemirova

Astrakhan Tatishchev State University

ORCID ID: 0000-0001-7039-1420
Código SPIN: 8021-4130
Scopus Author ID: 35619542800
Researcher ID: A-5377-2017
20a Tatishchev St., Astrakhan 414056, Russia

Bibliografia

  1. Salamon M. B., Jaime M. The physics of manganites: Structure and transport. Rev. Mod. Phys., 2001, vol. 73, no. 3, pp. 583–628. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.73.583
  2. Urushibara A., Moritomo Y., Arima T., Asamitsu A., Kido G., Tokura Y. Insulator-metal transition and giant magnetoresistance in La1−xSrxMnO3. Phys. Rev. B, 1995, vol. 51, no. 2, pp. 14103–14109. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.51.14103
  3. Abdel-Latif I. A. Rare earth manganites and their applications. J. Phys., 2012, vol. 1, no. 3, pp. 15–31.
  4. Karpasyuk V. K., Badelin A. G., Derzhavin I. M., Merkulov D. I., Smirnov A. M. Electromagnetic parameters of multicomponent manganites depending on combination and electronic configuration of substituents for manganese. Int. J. Appl. Eng. Res., 2015, vol. 10, no. 2, pp. 42746–42749.
  5. Karpasyuk V. K., Badelin A. G., Derzhavin I. M., Merkulov D. I. Systems of manganites with enhanced electromagnetic parameters. Inorg. Mater. Appl. Res., 2018, vol. 9, no. 5, pp. 807–812. https://doi.org/10.1134/S2075113318050143
  6. Raychaudhuri P., Mitra C., Mann P. D. A., Wirth S. Phase diagram and Hall effect of the electron doped manganite La1−xCexMnO3. J. Appl. Phys., 2003, vol. 93, iss. 10, pp. 8328–8330. https://doi.org/10.1063/1.1556976
  7. Mandal P., Hassen A., Loidl A. Effect of Ce doping on structural, magnetic, and transport properties of SrMnO3 perovskite. Phys. Rev. B, 2004, vol. 69, pp. 224418–224423. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.69.224418
  8. Karpasyuk V. K., Badelin A. G., Datskaya Z. R., Merkulov D. I., Estemirova S. Kh. Properties of La-Sr manganites with combined substitution of different valence ions for strontium and manganese. Inorg. Mater. Appl. Res., 2018, vol. 9, no. 2, pp. 201–206. https://doi.org/10.1134/S2075113318020132
  9. Musaeva Z. R., Vybornov N. A., Karpasyuk V. K., Smirnov A. M., Uspenskaya L. S., Yazenkov S. Kh. Structural self-organization, domain structure, and magnetic characteristics of manganites of the LaSr-Mn-Ti-Ni-O system. J. Surf. Investig., 2007, vol. 1, no. 4, pp. 423–427. https://doi.org/10.1134/S1027451007040118
  10. Kowalik M., Tokarz W., Kolodziejczyk A. Electronic band structures of La2/3Pb1/3Mn2/3 (Fe,Co,Ni)1/3O3. Acta Phys. Pol. A, 2015, vol. 127, no. 2, pp. 251–253. https://doi.org/10.12693/APhysPolA.127.251
  11. Bebenin N. G., Zainullina R. I., Ustinov V. V. Colossal magnetoresistance manganites. Phys. Usp., 2018, vol. 61, no. 8, pp. 719–738. https://doi.org/10.3367/UFNe.2017.07.038180
  12. Hizi W., Rahmouni H., Khirouni K., Dhahri E. Consistency between theoretical conduction models and experimental conductivity measurements of strontiumdoped lanthanum manganite. J. Alloys Compd., 2023, vol. 957, art. 170418. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.170418
  13. Lunkenheimer P., Mayr F., Loidl A. Dynamic conductivity from audio to optical frequencies of semiconducting manganites approaching the metal-insulator transition. Ann. Phys., 2006, vol. 15, no. 7–8, pp. 498–507. https://doi.org/10.1002/andp.200651807-806
  14. Rietveld H. M. A profile refinement method for nuclear and magnetic structures. J. Appl. Crystallogr., 1969, vol. 2, pp. 65–71. https://doi.org/10.1107/S0021889869006558
  15. Larson A. C., Von Dreele R. B. General Structure Analysis System (GSAS). Los Alamos National Laboratory Report, 1994, pp. 86–748.
  16. Abramovich A. I., Koroleva L. I., Michurin A. V. Peculiarities of magnetic, galvanomagnetic, elastic, and magnetoelastic properties of Sm1−xSrxMnO3 manganites. J. Exp. Theor. Phys., 2002, vol. 95, no. 5, pp. 917–926. https://doi.org/10.1134/1.1528684
  17. Shannon R. D. Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides. Acta Cryst. A, 1976, vol. 32, pp. 751–767. https://doi.org/10.1107/S0567739476001551
  18. Tan G., Chen Z., Zhang X. Anomalous magnetotransport in LaMn1−xTexO3. Sci. China Ser. G-Phys. Mech. Astron., 2009, vol. 52, no. 7, pp. 987–992. https://doi.org/10.1007/s11433-009-0134-x

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».