danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2021-65-5-539-545dan-1002Research ArticleФИЗИКАPHYSICSОсобенности обменных взаимодействий ионов B-подрешетки в системе La0,5Sr0,5Co1–x Nix O3–dFеatures of exchange interactions of the B-sublattice ions in the La0,5Sr0,5Co1–x Nix O3–d systemЛановскийР. А.LanovskyR. A.

Лановский Роман Андреевич – мл. науч. сотрудник

ул. П. Бровки, 19, 220072, Минск

Lanovsky Roman A. – Junior researcher

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk

rommelfiz1@gmail.comНикитинА. В.NikitsinA. V.

ул. П. Бровки, 19, 220072, Минск

Nikitsin Aliaksandr V. – Junior researcher

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk

shyrik_n@physics.byБушинскийМ. В.BushinskyM. V.

Бушинский Максим Владиславович – канд. физ.-мат. наук, заведующий лабораторией

ул. П. Бровки, 19, 220072, Минск

Bushinsky Maxim V. – Ph. D. (Physics and Mathematics), Head of the Laboratory

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk

bushinsky@physics.byТерешкоН. В.TereshkoN. V.

Терешко Нина Викторовна – канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник

ул. П. Бровки, 19, 220072, Минск

Tereshko Nina V. – Ph. D. (Physics and Mathematics), Senior researcher

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk

tereshko@physics.byМантыцкаяО. С.MantytskayaO. S.

Мантыцкая Ольга Станиславовна – канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник

ул. П. Бровки, 19, 220072, Минск

Mantytskaya Olga S. – Ph. D. (Physics and Mathematics), Senior researcher

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk

mantytskaja@physics.byЧоботА. Н.BushinskyM. V.

Чобот Александра Николаевна – канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник

ул. П. Бровки, 19, 220072, Минск

Bushinsky Maxim V. – Ph. D. (Physics and Mathematics)

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk

a.n.chobot@tut.byНаучно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедениюБеларусьScientific-Practical Materials Research Centre of the National Academy of Sciences of BelarusBelarus202107112021655539545Copyright © Лановский Р.А., Никитин А.В., Бушинский М.В., Терешко Н.В., Мантыцкая О.С., Чобот А.Н., 20212021Лановский Р.А., Никитин А.В., Бушинский М.В., Терешко Н.В., Мантыцкая О.С., Чобот А.Н.Lanovsky R.A., Nikitsin A.V., Bushinsky M.V., Tereshko N.V., Mantytskaya O.S., Bushinsky M.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/1002

Проведено комплексное исследование кристаллической структуры, магнитных и магнитотранспортных свойств кобальтитов La0,5Sr0,5Co1–x Nix O3–d  (x = 0,1–0,16) со структурой типа перовскита. Исследовались поликристаллические образцы, полученные по обычной керамической технологии на воздухе в два этапа. Рентгенофазовый анализ выполнен на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3М в CuKα -излучении при комнатной температуре. Согласно данным рентгеноструктурного анализа, элементарная ячейка всех твердых растворов системы является кубической и описывается пространственной группой Pm3m. Исследования магнитных и резистивных свойств проводились на установке измерения физических свойств (Cryogenic Ltd) в магнитных полях до 14 Tл в диапазоне температур 5–315 К. Установлено, что с ростом концентрации Ni температура Кюри (TC) уменьшается от 230 до 180 К, как и значения намагниченности. Переход в парамагнитное состояние несколько размыт по полю. Согласно данным иодометрического исследования, концентрация ионов Co4+ не превышает 35 %. При изменении концентрации ионов Ni объем элементарной ячейки практически не меняется, что обусловлено спиновым кроссовером ионов Co. Показано, что зависимость удельного сопротивления от температуры носит металлический характер, что указывает на стабильность основной проводящей ферромагнитной фазы. Характер обменных взаимодействий различных знаков между ионами B-подрешетки полностью обуславливает поведение системы. Увеличение концентрации ионов Ni сопровождается уменьшением доли ферромагнитных обменных взаимодействий между ионами Co3+ в промежуточном спиновом состоянии и увеличением доли антиферромагнитных и более слабых ферромагнитных взаимодействий. Полученные результаты можно объяснить тем, что ион Co4+ может стабилизировать высокоспиновое состояние ближайшего к себе иона Co3+, а в следующих двух координационных сферах стабилизировать ион Co3+ в низкоспиновом состоянии, т. е. ферромагнитные комплексы Co4+–Co3+ (HS) экранируются диамагнитной оболочкой низкоспиновых ионов Co3+, что влечет за собой уменьшение значений намагниченности. 

A comprehensive study of the crystal structure, magnetic and magnetotransport properties of the La0.5Sr0.5Co1–x Nix O3–d  cobaltite system (x = 0.1–0.16) was carried out. The X-ray measurement results indicate that the unit cell of all solid solutions of the system is cubic and is described by the space group Pm3m. It is found that with an increase in the 540     Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2021, vol. 65, no. 5, рр. 539–545 Ni content, the Curie temperature (TC) decreases from 230 to 180 K, as well as magnetization values. The magnetic transition is blurred across the field. The iodometric studies show that the concentration of Co4+ ions in all samples does not exceed 35 %. The chemical substitution of Co ions by Ni ones does not result in significant modification of the unit cell parameters, which may indicate a spin crossover of Co ions. The temperature dependence of resistivity is metallic in character, which indicates the stability of the main conducting ferromagnetic phase. The nature of exchange interactions of different signs between B-sublattice ions completely determines the behavior of the system. An increase in the content of Ni ions leads both to decrease the component of ferromagnetic exchange interactions between Co3+ ions in the intermediate spin state and to increase the fraction of antiferromagnetic and weaker ferromagnetic interactions. In addition, presumably the Co4+ ion can stabilize the high spin state of the closestCo3+ ion and in the next two coordination spheres it can stabilize the Co3+ ion in the low spin state, i. e. the ferromagnetic complexes Co4+–Co3+ (HS) are shielded by the diamagnetic shell of low spin Co3+ ions, which results in decreasing the magnetization values.

магнитные материалыкобальтитыперовскитыобменное взаимодействиеmag4netic materialscobaltitesperovskitesexchange interactionРабота поддержана Белорусским республиканским фондом фундаментальных исследований (грант № Ф19М-016).The work is supported by the Be- larusian Republican Foundation for Fundamental Research (grant no. Ф19М-016).ReferencesОсобенности спинового, зарядового и орбитального упорядочений в кобальтитах / Н. Б. Иванова [и др.] // Успехи физ. наук. – 2009. – Т. 179, № 8. – С. 837–860.Ivanova N. B., Ovchinnikov S. G., Korshunov M. M., Eremin I. M., Kazak N. V. Specific features of spin, charge, and orbital ordering in cobaltites. Physics-Uspekhi, 2009, vol. 52, no. 8, pp. 789–810. https://doi.org/10.3367/ufne.0179.200908b.0837Raveau, B. Cobalt Oxides: From Crystal Chemistry to Physics / B. Raveau, M. Seikh. – Weinheim, 2012. – P. 148–175.Raveau B., Seikh M. M. Cobalt Oxides: From Crystal Chemistry to Physics. Weinheim, 2012, pp. 148–175.Raccah, P. First-Order Localized-Electron  Collective-Electron Transition in LaCoO3 / P. Raccah, J. Goodenough // Phys. Rev. – 1967. – Vol. 155, N 3. – P. 932–943. https://doi.org/10.1103/physrev.155.932Raccah P. M., Goodenough J. B. First-Order Localized-Electron  Collective-Electron Transition in LaCoO3 . Physical Review B, 1967, vol. 155, no. 3, pp. 932–943. https://doi.org/10.1103/physrev.155.932Wu, J. Glassy ferromagnetism and magnetic phase separation in La1−x Srx CoO3 / J. Wu, C. Leighton // Phys. Rev. – 2003. – Vol. 67, N 17. – P. 174408-1–174408-16. https://doi.org/10.1103/physrevb.67.174408Wu J., Leighton C. Glassy ferromagnetism and magnetic phase separation in La1−x Srx CoO3 . Physical Review B, 2003, vol. 67, no. 17, pp. 174408-1–174408-16. https://doi.org/10.1103/physrevb.67.174408Synthesis of cubic SrCoO3 single crystal and its anisotropic magnetic and transport properties / Y. Long [et al.] // J. Phys.: Condens. Matter. – 2011. – Vol. 23, N 24. – P. 245601-1–245601-6. https://doi.org/10.1088/0953-8984/23/24/245601Long Y., Kaneko Y., Ishiwata Sh., Taguchi Y., Tokura Y. Synthesis of cubic SrCoO3 single crystal and its anisotropic magnetic and transport properties. Journal of Physics: Condensed Matter, 2011, vol. 23, no. 24, pp. 245601-1–245601-6. https://doi.org/10.1088/0953-8984/23/24/245601Crystallographic and magnetic structure of SrCoO2.5 brownmillerite: Neutron study coupled with band-structure calculations / A. Muñoz [et al.] // Phys. Rev. B. – 2008. – Vol. 78, N 5. – P. 054404-1–054404-8. https://doi.org/10.1103/physrevb.78.054404Muñoz A., De la Calle C., Alonso J. A., Botta P. M., Pardo V., Baldomir D., Rivas J. Crystallographic and magnetic structure of SrCoO2.5 brownmillerite: Neutron study coupled with band-structure calculations. Physical Review B, 2008, vol. 78, no. 5, pp. 054404-1–054404-8. https://doi.org/10.1103/physrevb.78.054404Magnetic and structural phase transitions in La0.5Sr0.5CoO3−δ (0 ≤ δ < 0.3) cobaltites / D. V. Karpinsky [et al.] // J. Phys.: Condens. Matter. – 2013. – Vol. 25, N 31. – Art. 316004. https://doi.org/10.1088/0953-8984/25/31/316004Karpinsky D. V., Troyanchuk I. O., Lobanovsky L. S., Chobot A. N., Ritter C., Efimov V., Sikolenko V., Kholkin A. L. Magnetic and structural phase transitions in La0.5Sr0.5CoO3−δ (0 ≤ δ < 0.3) cobaltites. Journal of Physics: Condensed Matter, 2013, vol. 25, no. 31, art. 316004. https://doi.org/10.1088/0953-8984/25/31/316004Roisnel, T. WinPLOTR: A Windows Tool for Powder Diffraction Pattern Analysis / T. Roisnel, J. Rodríquez-Carvajal // Mater. Sci. Forum. – 2001. – Vol. 378–381. – P. 118–123. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.378-381.118Roisnel T., Rodríquez-Carvajal J. WinPLOTR: A Windows Tool for Powder Diffraction Pattern Analysis. Materials Science Forum, 2001, vol. 378–381, pp. 118–123. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.378-381.118Goodenough, J. B. Magnetism and the chemical bond / J. B. Goodenough. – Interscience publishers, 1963. – 393 pGoodenough J. B. Magnetism and the chemical bond. Interscience publishers, 1963. 393 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.