Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) Часть 2)

(FM) containing several FM phases above 130 K. Below 130 K, a transition to the spin glass state is observed. The freezing point of the magnetic moments of FM clusters is = 115 K. Keywords: nanopowders, volume ionic diffusion, ions of Bi3+, microstructure, magnetic inhomogeneities, imaginary part of dynamical magnetic susceptibility, spin glass. Как показали исследования, проведенные в последние годы, большое значение в формировании свойств манганитов имеют неоднородности, проявляющиеся в наличии магнитных поляронов, ферромагнитных (ФМ) капель в антиферромагнитной (АФМ) матрице при слабом легировании и т. д. [1-3]. Сосуществование ферромагнитных (ФМ) и антиферромагнитных АФМ фаз характерно для редкоземельных манганитов. Согласно модели Нагаева [2], фазовое расслоение обусловлено тем, что при наличии свободных носителей заряда ФМ упорядочение магнитных моментов более предпочтительно по сравнению с АФМ упорядочением. Причиной формирования кластеров является образование пар ионов Mn4+ и Mn3+, взаимодействующих посредством ФМ «двойного обмена». Пока концентрация кластеров невелика, они не взаимодействуют между собой. Поэтому обменные магнитные взаимодействия возможны только внутри кластеров. АФМ упорядочение в матрице формируется благодаря обмену Mn3+ — Mn3+, более слабому по сравнению с ферромагнитным обменом Mn4+— Mn3+в кластерах. Несмотря на повышенный интерес к твердым растворам на основе мультиферроика BiMnO 3 и антиферромагнетика LaMnO3, очень мало работ, посвященных слаболегированным соединениям. Особенно это касается изучения влияния легирования манганита лантана легкоплавкой добавкой Bi 2 O 3 . При примесном (химическом) разделении фаз вследствие неоднородного распределения примеси по кристаллу примесные атомы взаимодействуют между собой, и в то же время они имеют тенденцию к тому, чтобы собраться в областях с измененным магнитным упорядочением [4]. Кулоновские силы при этом не возникают, однако и в этом случае энергетически более выгодно перемешивание фаз, но только с образованием гораздо более крупных их областей, чем при электронном разделении фаз: перемешивание понижает упругую энергию системы. Целью работы является установление закономерностей трансформации микроструктуры и магнитного состояния LaMnO 3 при его слабом легировании ионами Bi3+, а также изучение возникающих при этом магнитных неоднородностей методом измерения температурных зависимостей мнимой части динамической магнитной восприимчивости. Синтез образцов При слабом легировании требуется достижение достаточной однородности распределения легирующей добавки по объему образца. Золь-гель методом можно получать материалы в виде наноразмерных порошков. Исходными веществами для получения серии составов BixLa 1 -xMnO 3 (x = 0,0, 0,025, 0,05, 0,075 и 0,1) служили окислы металлов La 2 O3, Bi 2 O3, и Mn 3 O 4 марки «ОСЧ», взятые в стехиометрическом соотношении. С использованием смеси уксусной кислоты и перекиси водорода для растворения La 2 O 3 , и Mn 3 O 4 , азотной кислоты — для Bi 2 O 3 получался коллоидный раствор (золь). В качестве гелеобразующего агента использовался раствор мочевины. При дальнейшем нагревании происходила полимеризация и образование геля, что обеспечивало высокую гомогенность исходных компонентов [5]. В результате были получены наноразмерные порошки BixLa 1 -xMnO 3 (< 40 нм), которые, согласно рентгеноструктурным исследованиям, являлись однофазными и имели псевдокубическую структуру. Полученные порошки были спрессованы в брусочки размером 5 х 5 х 15 мм (при давлении в пресс-форме Р = 0,2 GPa) и спекались при температуре 1100 °С в течение 30 ч. После такой обработки кристаллическая структура полученных поликристаллических образцов всех составов была идентифицирована как имеющая ромбоэдрический тип искажения кристаллической решетки (пространственная группа R3c [5]). Микроструктурные исследования, выполненные с использованием сканирующего электронного микроскопа “JSM-6490LV” (JEOL, Япония), выявили значительный рост (более чем в 20 раз) размера зерна с увеличением степени легирования висмутом. В таблице представлены результаты исследования морфологии поверхности излома образцов BixLa 1 -xMnO 3 (0,0 < х < 0,1), полученных с применением первоначального золь- гель синтеза [5]. Эксперимент Для таких магнитно-неоднородных систем, как манганиты, прямой метод измерения магнитной восприимчивости недостаточно чувствителен для выявления всех возможных ФМ фаз. В изучении магнитных свойств манганитов особое место занимает метод измерения мнимой части динамической магнитной восприимчивости как способ диагностики отклика спиновой подсистемы на внешние воздействия при разных частотах приложенного внешнего магнитного поля [ 6 , 7]. Измерения /"(7) проводились модуляционным методом в температурном интервале 77 К < Т < 300 К на индуктивно-частотной установке (рабочая частота ~ 5 МГц) в диапазоне частот модуляции 133-1273 Гц. Амплитуда модулирующего поля Hmod составляла 10 Э. Образцы помещались в выносную катушку индуктивности, которая фиксировалась в температурной ячейке. Воздействие внешнего переменного магнитного поля приводит к изменению магнитного состояния образца. Это служит модулирующим сигналом для 744