خواص ساختاری، مغناطیسی و مغناطوکشسانی نانوبلورک های منگنایت la0.7(sr1-xcax)0.3(mn1-ycoy)o3 و ترکیب های بین فلزی er1-xgdxmn6sn6

در این پژوهش خواص ساختاری و مغناطوکشسانی نانوبلورهایla0.7(sr,ca)0.3(mn,co)o3 از خانواده منگنایت های پرووسکایت تهیه شده به روش سل- ژل و نیز سری ترکیبات سه تایی بین فلزی (er,gd)mn6sn6 به کمک اندازه گیری های انبساط گرمایی و مغناطوتنگش مورد مطالعه گرفته است. مطالعات ساختاری ترکیبات la0.7(sr1-xcax)0.3mno3 نشان داد که نمونه های با میزان ca کم (x ? 0.1) در ساختار پروسکایت لوزی رخ با گروه فضاییr-3c بلوری می شوند و با افزایش x، به خاطر شعاع کمتر ca ساختار به راستگوشی با گروه فضایی pbnm تغییر می کند. تصاویر tem و stm ذرات را تقریباً کروی با اندازه متوسط حدود nm 25-20 نشان داد. رفتار انبساط گرمایی نمونه ها یک سهم اضافی را در ناحیه tc نسبت به رفتار فونونی نشان می دهد که به تشکیل حالت دوفازه فرو-پادفرومغناطیسی (mtps) نسبت داده می شود. با افزایش جانشانی ca، اندازه مغناطوتنگش خطی کاهش می یابد. جانشانی ca علاوه بر تضعیف برهم کنش تبادل دوگانه (de) و درنتیجه کاهش tc، ناهمسانگردی مغناطیسی را نیز کاهش می دهد. در بستگی دمایی مغناطوتنگش حجمی همه نمونه ها یک ناهنجاری دیده می شود که نشانه ای از وجود حالت mtps رسانا در بالای tc است و اندازه ناهنجاری با افزایش x افزایش می یابد که ناشی از شعاع کوچکتر ca یا به اصطلاح، نرمتر شدن شبکه بلوری است. ترکیبات la0.7sr0.3mn1-xcoxo3 با x ? 0.1، نیز در ساختار پروسکایت لوزی رخ با گروه فضاییr-3c بلوری می شوند و با افزایش x، به خاطر شعاع کمتر co، ثابت های شبکه کاهش می یابند. اندازه متوسط دانه ها حدود nm 28-20 به دست آمد. رفتار انبساط گرمایی این نمونه ها نیز یک سهم اضافی را در ناحیه tc نسبت به رفتار فونونی نشان می دهد. اثر نشاندن co به جای mn به صورت کاهش دمای گذار به خاطر تضعیف برهم کنش de و همچنین افزایش ضریب انبساط خطی نمونه ها در اثر تغییر حالت اسپینی و در نتیجه اندازه یون های co با دما دیده می شود. با افزایش جانشانی co، اندازه مغناطوتنگش خطی نیز افزایش می یابد. آثار مغناطوکشسانی قوی co از ناپایداری اربیتالی یون های co3+ ناشی می شود که گذار حالت اسپینی با اعمال میدان را در پی دارد. در بستگی دمایی مغناطوتنگش حجمی این نمونه ها نیز یک ناهنجاری دیده می شود. نتایج نشان داد که نمونه la0.7(sr1-xcax)0.3mno3 با x = 0.2 و نیز la0.7sr0.3mn1-xcoxo3 باx = 0.1 دارای tc حدود دمای اتاق هستند. به این ترتیب، با نشاندن جزئی ca به جای sr و نیز co به جای mn موفق به تنظیم دمای گذار این گروه از منگنایت ها شدیم که نیاز فناوری و انگیزه اصلی انجام این تحقیق بود. مطالعه ترکیبات er1-xgdxmn6sn6 نشان داد که همگی در ساختار ششگوشی نوع hffe6ge6 با گروه فضایی p6/mmm بلوری می شوند و با افزایش x، به خاطر شعاع بزرگتر gd نسبت به er، ثابت های شبکه افزایش می یابند. رفتار انبساط گرمایی نمونه ها ضمن گذار نیل در tn و در tm که گشتاورهای mn افت فروپاشی گونه دارند ناهنجاری قابل ملاحظه ای را نشان می دهد، در حالی که در گذارهای کوری در tc ناهنجاری ناچیزی دیده می شود. با توجه به آرایش مغناطیسی زیرشبکه ها در دماهای گذار، می توان گفت که آثار مغناطوحجمی خودبه خودی در این ترکیبات در اصل از برهم کنش تبادلی بین لایه ای mn-mn نشأت می گیرند و جفت شدگی فرومغناطیس درون صفحه ای تأثیری بر این خواص مغناطوکشسانی ندارد. تأثیر جانشانی gd، علاوه بر افزایش ضریب انبساط گرمایی که از شعاع بزرگتر آن نتیجه می شود، به صورت افزایش دمای نظم نیز دیده می شود. این نشان دهنده غالب بودن اثر برهم کنش قوی gd-mn بر اثر افزایش ثابت های شبکه و در نتیجه تضعیف جفت شدگی mn-mn است. دیده شد که با افزایش جانشانی gd، اندازه مغناطوتنگش خطی طبق انتظار کاهش می یابد. از بستگی دمایی مغناطوتنگش ناهمسانگرد نمونه ها مشخص شد که سهم زیرشبکه er در آثار مغناطوتنگشی مثبت بوده و gd و mn سهم منفی دارند. در رفتار مغناطوتنگش حجمی (?) نمونه های دارای gd مستقل از شدت میدان اعمالی یک قله شدید در دمای نظم آنها وجود دارد (434، 412 و k 381 به ترتیب برای نمونه های با 1 و 0.6 ، 0.2 = x). این نشان می دهد که با توجه به جفت شدگی قوی gd-mn این نمونه ها با اعمال میدان های تا t 5/1 دچار گذار متامغناطیسی نمی شوند. در حالی که رفتار ? نمونه 6sn6ermn علاوه بر بروز ناهنجاری در دمای نظم (k 338 = tn)، به ویژه در حالت پادفرومغناطیسی، به شدت وابسته به شدت میدان است. از بستگی دمایی نتایج مغناطوتنگش نمونه ها و در نظر داشتن رابطه مغناطوتنگش یک نمونه بسبلور با ساختار ششگوشی، علامت های برخی از ثابت های مغناطوتنگشی این ترکیبات تعیین و مرتبه بزرگی آنها نیز مقایسه شد. به علاوه، اثر جانشانی gd در ترکیباتer1-xgdxmn6sn6 بر تغییر اندازه آنها مطالعه شد. نتایج نشان داد که سهم برهم کنشهای تبادلی دویونی همسانگرد در مغناطوتنگش این ترکیبات حدود یک مرتبه بزرگی بزرگتر از سهم میدان بلوری تک یونی ناهمسانگرد است.