Бакалавр
Дипломные и курсовые на заказ

Синтез и физико-химические свойства манганитов RBaMn2O6 (R = Pr, Nd, Sm) с упорядочением катионов A-подрешетки

Диссертация: Синтез и физико-химические свойства манганитов RBaMn2O6 (R = Pr, Nd, Sm) с упорядочением катионов A-подрешетки
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Масштабные исследования, проведенные в области изучения замещенных манганитов редкоземельных элементов, обусловлены открытиям в них множества полезных с прикладной^ точки зрения эффектов, таких как колоссальное магнетосопротивление и гигантский магнетокалорический эффект. Уникальные свойства манганитных материалов позволяют создать на их основе датчики магнитного поля, в частности считывающие… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Введение
  • 2. Обзор литературы
    • 2. 1. Манганшы редкозема 1ьных элементов
      • 2. 1. 1. Структура и основные свойства
      • 2. 1. 2. Природа магнитных и электрических свойств в манганитах
  • 22. Машшпш>1РЗЭ, лепфованнь1едвухваленшь1ми ионами
    • 2. 3. МанганхпыРЗЭ-Ва с упорядочением ¡-катионов А-подрешепси
      • 2. 3. 1. Двойные перовскиты состава КВаМп
      • 2. 3. 2. Упорядочение спинов катионов марганца
      • 2. 3. 3. Магнитные свойства двойных манганитов
      • 2. 3. 4. Электрические свойства упорядоченных манганитов РЗЭ-бария
      • 2. 3. 5. Влияние кислородной стехиометрии на физические свойства
    • 2. 4. Машегокалорический эффект
      • 2. 4. 1. Описание магнетокалорического эффекта
      • 2. 4. 2. Теоретическая оценка и измерение МКЭ
      • 2. 4. 3. Магнетокалорический эффект в манганитах
    • 2. 5. Элекгрон-фононное взаимодействие. Изотопный эффект

Синтез и физико-химические свойства манганитов RBaMn2O6 (R = Pr, Nd, Sm) с упорядочением катионов A-подрешетки (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В течение первого десятилетия XXI века большой интерес привлекали к себе материалы на основе кобальтитов, никелатов и манганитов РЗЭ с различными формами катионного упорядочения. В этих материалах благодаря структурным изменениям магнитные и электрические свойства могут значительно измениться. Во многих случаях это приводит к необычным эффектам, интересным как с прикладной, так и с фундаментальной точки зрения. Таким образом, кардинальные изменения в материале при возникновении упорядоченной структуры требуют детального изучения всех физических свойств, даже если они хорошо известны для неупорядоченной структуры.

В 1998 году была открыта возможность упорядочения А-катионов перовскитной решетки в манганитах РЗЭ на 50% легированных барием [1]. Многие свойства данных материалов были детально изучены и обнаружена колоссальная разница с аналогичными неупорядоченными структурами. Так, неупорядоченный манганит празеодима-бария, являясь в основном состоянии ферромагнетиком с температурой Кюри 150К при упорядочении становится ферромагнетиком с Тс выше комнатной, а в основном состоянии — антиферромагнетиком. Такие изменения, происходящие при упорядочении, вызвали большой интерес к этим системам и в течение ряда лет несколько научных коллективов из Японии, Белоруссии и Франции регулярно публиковали материалы, посвященные исследованием упорядоченных манганитов РЗЭ-бария.

Синтез манганитов РЗЭ-бария с упорядочением катионов А-подрешеткинепростой многостадийный процесс. В результате литературные данные о свойствах данных материалов от разных авторов, использующих различны синтетические методики, в значительной степени отличаются. Эта невоспроизводимость в статьях не обсуждалась, и на сегодняшний день процесс синтеза и факторы, которые оказывают влияние на структуру и свойства получаемых манганитов не изучены. Таким образом, проблема воспроизводимого синтеза упорядоченных манганитов РЗЭ-бария остается актуальной на сегодняшний день.

Масштабные исследования, проведенные в области изучения замещенных манганитов редкоземельных элементов, обусловлены открытиям в них множества полезных с прикладной^ точки зрения эффектов, таких как колоссальное магнетосопротивление и гигантский магнетокалорический эффект. Уникальные свойства манганитных материалов позволяют создать на их основе датчики магнитного поля, в частности считывающие головки для магнитной записи высокой плотности, болометры, твердотельные рефрижераторы, наночастицы для локальной гипертермии.

В актуальной на сегодняшний день задаче создания материалов на основе магнетокалорического эффекта (МКЭ) основными проблемами являются: разработка материала обладающего высокими значениями МКЭ в широкой области температур вблизи комнатной (0−3 0°С) в относительно не высоких магнитных полях (до 1 Тл), не дорогого в получении и устойчивого к воздействию окружающей среды (коррозия, деградация). В манганитах РЗЭ-бария, ввиду наличия в них резких магнитных фазовых переходов вблизи комнатной температуры можно ожидать высоких значений магнетокалорического эффекта в этом же рабочем диапазоне. В статьях, посвященных данным системам, способность изменять температуру при приложении магнитного поля для этих материалов никак не оценивалась.

Таким образом, настоящая работа преследовала две основные цели. Во первых, систематически изучить процесс синтеза упорядоченных манганитов РЗЭ-бария и разработать, методику их воспроизводимого получения. Во вторых, изучить их физические свойства, особое внимание уделив магнетокалорическим свойствам данных систем.

2. Обзор литературы.

5. Выводы.

1. Исследование процесса синтеза упорядоченных манганитов КВаМп2Об (К. = РЗЭ) показало необходимость проведения синтеза в три основных стадии — фазообразование неупорядоченного манганита, восстановление с упорядочением А-катионов и низкотемпературное окисление для заполнения кислородных вакансий. Определены оптимальные условия для проведения восстановительного отжига — температура 1100 °C и р (02)=10″ 19 атм. Наилучшим способом задания низкого парциального давления кислорода является использование геттерной смеси. Медленная кинетика восстановления вызывает необходимость проведения длительных отжигов для установления равновесия при низком парциальном давлении кислорода, причем время отжига должно подбираться пропорционально массе синтезируемого образца. Уменьшение радиуса РЗЭ в ряду Ьа-Рг-КсЬ-Бт увеличивает устойчивость к разложению в восстановительной атмосфере;

2. Обнаружена аномально высокая скорость низкотемпературного окисления упорядоченного манганита празеодима-бария. Столь быстрое протекание процесса окисления связана с саморазогревом образца ввиду большого экзотермического эффекта этого процесса — ЗООкДж/моль и высокой скоростью диффузии кислорода по слоям кислородных вакансий;

3. Обнаружен широкий температурный гистерезис фазового перехода ферро-/антиферромагнетик при нагреве и охлаждении манганитов РгВаМп20б и ЫёВаМп2Об. Это свидетельствует о том, что данный переход является магнитным фазовым переходом 1 рода;

4. Измерения температурных зависимостей магнетокалорического эффекта для упорядоченных манганитов РгВаМп206 и КсШаМп206 показали, что в них одновременно сосуществуют прямой и обратный МКЭ. Величина и широкий пик магнетокалорического эффекта в РгВаМп20б делают его привлекательным материалом для создания магнитной охлаждающей установки в диапазоне температур от комнатной до -20°С. В манганите.

ШВаМпгОб максимумы положительного и отрицательного МКЭ расположены на расстоянии 3-Н5К друг от друга (в зависимости от режима изменения температуры и наличия внешних магнитных полей);

5. В ШВаМп2Об в сильных магнитных полях ферромагнитные корреляции проявляются только в режиме охлаждения материала. В режиме нагрева, из-за того, что внешнее магнитное поле подавляет флюктуации спинов, антиферромагнитное упорядочение не разрушается вплоть до перехода в парамагнитное состояние;

1 О.

6. Изотопное замещение кислорода О на О в РгВаМп206 приводит к заметному сдвигу положения перехода ферро-/антиферромагнетик и оказывает незначительное влияние на положение температуры Кюри. Величина температурного гистерезиса фазового перехода ферро-/антиферромагнетик не изменяется при изотопном замещении;

Показать весь текст

Список литературы

  1. Millange, F., et al., Order-Disorder Phenomena in New LaBaMn2Os. x CMR Perovskites. Crystal and Magnetic Structure. // Chemistry of Materials, 1998(10):'p. 1974−1983.
  2. Sahu, A.K., et al., Studies on chemical compatibility of lanthanum strontium manganite with yttria-stabilized zirconia. 11 Materials Letters, 2004. 58(26): p. 3332−3336.
  3. Buciuman, F.-C., et al., Catalytic properties of La08A02MnO3 (A = Sr, Ba, K, Cs) and LaMn0a^02O3 (B = Ni, In, Си) perovskites: 2. Reduction of nitrogen oxides in the presence of oxygen. // Applied Catalysis B: Environmental, 2001. 35(2): p. 149−156.
  4. Buciuman, F.-C., et al., Catalytic properties of 1а08А02МпО3 (A =Sr, Ba, K, Cs) and 1аМп08Во203 (В = Ni, Zn, Си) perovskites: 1. Oxidation of hydrogen and propene. I I Applied Catalysis B: Environmental, 2002. 35(3): p. 175−183.
  5. Isupova, L.A., et al., Real structure and catalytic activity of La Ca MnO perovskites. // Solid State Ionics, 2001.141−142: p. 417−425.
  6. Горбенко, О.Ю. and A.A. Босак, Магнетосопротивление манганитов в слабых полях и его применение. // Сенсор, 2002. 2(4): р. 28−44.
  7. , Э.Л., Манганиты лантана и другие магнитные проводники с гигантским магнитосопротивлением. //Успехи физических наук, 1996.166(8): р. 833−858.
  8. Rao, C.N.R., A.K. Cheetham, and R. Mahesh, Giant Magnetoresistance and Related Properties of Rare-Earth Manganates and Other Oxide Systems. I I Chemistry of Materials, 1996. 8: p. 24 212 432.
  9. Gauckler, L.J., et al., Solid Oxide Fuel Cells: System and Materials. I I Chimia, 2004. 58: p. 837 850.
  10. Song, K.-S., S.-K. Kang, and S.D. Kim, Preparation and characterization of Ag/MnOjperovskite catalysts for CO oxidation. 11 Catalysis Letters, 1997. 49: p. 65−68.
  11. Zener, C., Interaction between the d-shells in the transition metals. II. Ferromagnetic compounds of manganese with perovskite structute. I I Physical Review, 1951. 82: p. 403−405.
  12. Gennest, P.-G.d., Effects of double exchange in magnetic crystals. I I Physical Review, 1960.118: p. 141−154.
  13. Каганб, М.Ю. and К. И. Кугель, Неоднородные зарядовые состояния и фазовое расслоение в манганитах. //Успехи физических наук, 2001.171(6): р. 577−596.
  14. , ЭЛ., Физика магнитных полупроводников. 1979, Москва: Мир.
  15. Radaelli, P.G., et al., Mesoscopic and microscopic phase segregation in manganese perovskites. ?1 Physical Review B, 2001.63: p. 172 419.
  16. Huang, Q., et al., Temperature and field dependence of the phase separation, structure, and magnetic ordering in Lax xCaxMn03 (x=0.47, 0.50, and 0.53). I I Physical Review B, 2000. 61(13): p. 8895−8905.
  17. Yunoki, S., A. Moreo, and E. Dagotto, Phase Separation Induced by Orbital Degrees of Freedom in Models for Manganites with Jahn-Teller Phonons. // Physical Review Lettres, 1998. 81(25): p. 5612−5615.
  18. Dagotto, E., Nanoscale Phase Separation and Colossal Magnetoresistance. The Physics of Manganites and Related Compounds. 2002, Berlin: Spinger-Verlag.
  19. Millis, A.J., Cooperative Jahn-Teller effect and electron-phonon coupling in La1. xAxMn03. // Physical Review B, 1996. 53(13): p. 8434−8441.
  20. Zhao, G.-m., et al., Giant oxygen isotope shift in the magnetoresistive perovskite Lax-xCaxMn03l.r U Nature, 1996. 381: p. 676−678.
  21. Babushkina, N.A., et al., Metal-insulator transition induced byoxygen isotope exchange in themagnetoresistive perovskitemanganites. // Nature, 1998. 391: p. 159−161.
  22. Urushibara, A., et al., Insulator-metal transition and giant magnetoresistance in Lai. xSrxMn03. // Physical Review B, 1995.51(20): p. 14 103−14 109.
  23. Hwang, H.Y., et al., Lattice Effect on the Magnetoresistance in Doped LaMn03. // Physical Review Lettres, 1995. 75(5): p. 914−917.
  24. Barnabe, A., et al., Barium-Based Manganites LnlxBaxMn03 with Ln = {Pr, La}: Phase Transitions and Magnetoresistance Properties. // Chemistry of Materials, 1998.10: p. 252−259.
  25. Ueda, Y. and T. Nakajima, Novel structures and electromagnetic properties of the A-site-ordered/disordered manganites RBaMn20e/RosBaosMn03 (R = Y and rare earth elements). I I Journal of Physics: Condenced Matter, 2004.16: p. S573-S583.
  26. Autret, C., et al., Pr0sSr05. xBaKMn03: Size and Mismatch Effects on Structural and Magnetic Transitions. Ц Chemistry of Material’s, 2003.15: p. 1886−1896.
  27. Wolfman, J., et al., Increase of TN up to 190 К in the Type II CMR Manganite Pr½Sr½Mn03. // Journal of Solid State Chemistry, 1996.123: p. 413−416.
  28. Rao, C.N.R., et al., Charge-Ordering in Manganates. // Chemistry of Materials, 1998.10: p. 27 142 722.
  29. Llobet, A., et al., Tetragonal to monoclmic transition in the metallic antiferromagnet Pr0sSr0sMnO3. U Physical Review B, 1999. 60(14): p. R9889.
  30. Argyriou, D.N., et al., The Room Temperature Crystal Structure of the Perovskite Pr05Sr05MnOs. //Journal of Solid State Chemistry, 1996.124: p. 381−384.
  31. Boujelben, W., et al., Effect of Quenching on Magnetoresistance Properties in the Pr0sSr05MnO3 Perovskite Manganite. //Journal of Solid State Chemistry, 2002.165: p. 375−380.
  32. Savosta, M.M., et al., Ferromagnetic-antiferromagnetic transition in Pr051Sr049MnO3 manganite. // Physical Review B, 2002. 65: p. 224 418.
  33. Cao, S., et al., Orbital-order-induced magnetic anisotropy and intrinsic phase separation of the ProsotxSroso. xMn03 single crystals. // Applied Physics Letters, 2006.88: p. 172 503.
  34. Chen, Y.Z., et al., Large anisotropy in colossal magnetoresistance of charge orbital ordered epitaxial Sm0.5Ca0.5Mn03 films. //Journal of Physics: Condenced Matter, 2009.21: p. 442 001.
  35. Zhang, Q., et al. Coexistence of inverse and normal magnetocaloric effect in A-site ordered NdBaMn206U Applied Physics Letters, 2010.96: p. 242 506.
  36. Cherif, K., et al., Magnetocaloric effect in layered perovskite manganese oxide Lai^Sri-xBaJj 6Mn207 (0
  37. Kimura, T. and Y. Tokura, LAYERED MAGNETIC MANGANITES. // Annual Review of Materials Science, 2000.30(1): p. 451−474.
  38. Зверева, И.А. and Г. А. Скоробогатов, Синтетические перовскитоподобные слоистые оксиды. 2010, Санкт-Петербург: ВВМ.
  39. Dolores Zurita-Blasco, M., P. S. Attidekou, and A.J. Wright, The first synthesis of the layered manganite (La, Ba)3Mn207.s via a 'cuprate-like' low valent intermediate. // Journal of Materials Chemistry, 2007.17: p. 923−930.
  40. Yaremchenko, A.A., et al., Performance of perovskite-related oxide cathodes in contact with lanthanum silicate electrolyte. // Solid State Ionics, 2009.180: p. 878−885.
Заполнить форму текущей работой

Сдать сессию!