danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2023-67-4-279-286dan-1138Research ArticleФИЗИКАPHYSICSКристаллическая и магнитная структуры твердых растворов на основе BiFeO3Crystal and magnetic structures of solid solutions based on BiFeO3КарпинскийД. В.KarpinskyD. V.

Карпинский Дмитрий Владимирович – доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией. НПЦ НАН Беларуси по материаловедению

ул. П. Бровки, 19, 220072, Минск

Karpinsky Dmitry V. – D. Sc. (Physics and Mathematics), Head of the Laboratory. Scientific and Practical Materials Research Centre of the National Academy of Sciences of Belarus

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk

karpinsky@ifttp.bas-net.byЛатушкоС. И.LatushkаS. I.

Латушко Сергей Игоревич – младший научный cотрудник

ул. П. Бровки, 19, 220072, Минск

 

Latushka Siarhei I. – Junior Researcher

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk

smer444@mail.ruЖелудкевичД. В.ZheludkevichD. V.

Желудкевич Дмитрий Викторович – младший научный сотрудник

ул. П. Бровки, 19, 220072, Минск

Zheludkevich Dmitry V. – Junior Researcher

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk

geludkevichdima@mail.ruЧоботА. Н.ChobotA. N.

Чобот Александра Николаевна – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

ул. П. Бровки, 19, 220072, Минск

Chobot Aleksandra N. – Ph. D. (Physics and Mathematics)

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk

a.n.chobot@tut.byКруплевичВ. Ч.KruplevichV. C.

Круплевич Валерий Чеславович – старший преподаватель

пр. Независимости, 99, 220023, Минск

Kruplevich Valeriy C. – Senior Lecturer

99, Nezavisimosti Ave., 220023, Minsk

kruplevich@gmail.comДолгийВ. К.DolgiyV. K.

Долгий Валерий Казимирович – кандидат физико-математических наук, доцент

пр. Независимости, 99, 220023, Минск

Dolgiy Valery K. – Ph. D. (Physics and Mathematics), Assistant Professor

99, Nezavisimosti Ave., 220023, Minsk

ЛатушкоТ. В.LatushkаT. V.

Латушко Татьяна Викторовна – кандидат медицинских наук, доцент

пр. Дзержинского, 83, 220083, Минск

Latushka Tatsiana V. – Ph. D. (Мedicine), Assistant Professor

83, Dzerzhinski Ave., 220083, Minsk

latushkatv@gmail.comНеклюдовК. Н.NeklyudovK. N.

Неклюдов Капитон Николаевич – младший научный сотрудник

пл. Шокина, 1, 124498, Зеленоград

Neklyudov Kapiton N. – Junior Researcher

1, Shokin Sq., 124498, Zelenograd

neklyudovk@gmail.comСилибинМ. В.SilibinM. V.

Силибин Максим Викторович – кандидат технических наук, доцент

пл. Шокина, 1, 124498, Зеленоград

Silibin Maxim V. – Ph. D. (Engineering), Assistant Professor

1, Shokin Sq., 124498, Zelenograd

sil_m@mail.ruБудемкоЕ. В.BudemkoE. V.

Будемко Егор Владимирович – младший научный сотрудник

ул. П. Бровки, 19, 220072, Минск

Budemko Egor V. – Junior Researcher

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk

ebudemko132@gmail.comНаучно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению; Национальный исследовательский университет электронной техники «МИЭТ»Scientific-Practical Materials Research Centre of the National Academy of Sciences of Belarus; National Research University of Electronic Technology “MIET”Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедениюScientific-Practical Materials Research Centre of the National Academy of Sciences of BelarusБелорусский государственный аграрный технический университетBelarusian State Agrarian Technical UniversityБелорусский государственный медицинский университетBelarusian State Medical UniversityНациональный исследовательский университет электронной техники «МИЭТ»National Research University of Electronic Technology “MIET”202301092023674279286Copyright © Карпинский Д.В., Латушко С.И., Желудкевич Д.В., Чобот А.Н., Круплевич В.Ч., Долгий В.К., Латушко Т.В., Неклюдов К.Н., Силибин М.В., Будемко Е.В., 20232023Карпинский Д.В., Латушко С.И., Желудкевич Д.В., Чобот А.Н., Круплевич В.Ч., Долгий В.К., Латушко Т.В., Неклюдов К.Н., Силибин М.В., Будемко Е.В.Karpinsky D.V., Latushkа S.I., Zheludkevich D.V., Chobot A.N., Kruplevich V.C., Dolgiy V.K., Latushkа T.V., Neklyudov K.N., Silibin M.V., Budemko E.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/1138

Исследование корреляции между многофазным состоянием системы и ее магнитными свойствами было проведено на керамических образцах Bi1-xEuxFeO3 с 0,12 ≤ x ≤ 0,18. Результаты рентгеновской дифракции свидетельствуют о том, что с увеличением концентрации ионов Eu наблюдается структурный переход от ромбоэдрической (R3c) к неполярной орторомбической (Pnma) фазе через частичное образование антиполярной орторомбической структуры (Pbam). Смешанное фазовое состояние в полученных соединениях наблюдается в интервале 0,12 ≤ x ≤ 0,16. Магнитные измерения в сильном магнитном поле указывают на слабое ферромагнитное взаимодействие. Магнитный отклик в сильном поле объясняется расположением спинов на фазовой границе, а также наличием собственных антиферромагнитных спинов.

The correlation between the multiphase state of the system and its magnetic properties was studied on Bi1–xEuxFeO3 ceramic samples in the range 0.12 ≤ x ≤ 0.18. The X-ray diffraction results indicate that, with an increase in the concentration of Eu ions, a structural transition from the rhombohedral (R3c) to nonpolar orthorhombic (Pnma) phase is observed through the partial formation of an antipolar orthorhombic structure (Pbam). The mixed phase state in the obtained compounds is observed in the range 0.12 ≤ x ≤ 0.16. Magnetic measurements in a strong magnetic field indicate a weak ferromagnetic interaction. The magnetic response in a strong field is explained by the location of the spins at the phase boundary, as well as by the presence of intrinsic antiferromagnetic spins.

мультиферроикиионы-заместителитвердые растворырентгеновская дифракцияструктурные фазовые переходыmultiferroicsdopant ionssolid solutionsX-ray diffractionstructural phase transitionsРабота выполнена при поддержке БРФФИ (проект Ф21РМ-018) и РФФИ (проект 20-58- 04003Бел_мол_а)This work was supported by the BRFFR (project Ф21РМ-18) and RFFR (project 20-58- 04003Бел_мол_а)ReferencesReversible phase transition induced large piezoelectric response in Sm-doped BiFeO3 with a composition near the morphotropic phase boundary / Z. Liao [et al.] // Phys. Rev. B. – 2017. – Vol. 95, N 21. – Art. 214101. https://doi.org/10.1103/physrevb.95.214101Liao Z., Xue F., Sun W., Song D., Zhang Q., Li J.-F., Chen L.-Q., Zhu J. Reversible phase transition induced large piezoelectric response in Sm-doped BiFeO3 with a composition near the morphotropic phase boundary. Physical Review B, 2017, vol. 95, no. 21, art. 214101. https://doi.org/10.1103/physrevb.95.214101Ferroelectric BiFeO3 X-ray and neutron diffraction study / J. M. Moreau [et al.] // J. Phys. Chem. Solids. – 1971. – Vol. 32, N 6. – P. 1315–1320. https://doi.org/10.1016/s0022-3697(71)80189-0Moreau J. M., Michel C., Gerson R., James W. J. Ferroelectric BiFeO3 X-ray and neutron diffraction study. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 1971, vol. 32, no. 6, pp. 1315–1320. https://doi.org/10.1016/s0022-3697(71)80189-0Interplay of multiple structural phase and magnetic response of Bi1–x Prx FeO3 ceramics / L. T. Ha [et al.] // Ceram. Int. – 2022. – Vol. 48, N 21. – P. 32027–32035. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.07.140Ha L. T., Xuan C. T. A., Tam K. T., Co N. D., Quy B. M., Dang N. V., Phong P. T., Thang P. D., Long N. D., An P. M., Vinh N. D., Tho P. T. Interplay of multiple structural phase and magnetic response of Bi1–xPrxFeO3 ceramics. Ceramics International, 2022, vol. 48, no. 21, pp. 32027–32035. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.07.140Mumtaz, F. Peculiar magnetism in Eu substituted BiFeO3 and its correlation with local structure / F. Mumtaz, G. H. Jaffari, S. I. Shah // J. Phys.: Condens. Matter. – 2018. – Vol. 30, N 43. – Art. 435802. https://doi.org/10.1088/1361-648x/aae10fMumtaz F., Jaffari G. H., Shah S. I. Peculiar magnetism in Eu substituted BiFeO3 and its correlation with local structure. Journal of Physics: Condensed Matter, 2018, vol. 30, no. 43, art. 435802. https://doi.org/10.1088/1361-648x/aae10fTailoring the dielectric and magnetic properties of Eu-substituted BiFeO3 nanoparticles / J. C. Cyriac [et al.] // Mater. Today:. Proc. – 2020. – Vol. 25. – P. 134–139. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.12.186Cyriac J., John J. C., Kalarikkal N., Augustine S. Tailoring the dielectric and magnetic properties of Eu-substituted BiFeO3 nanoparticles. Materials Today: Proceedings, 2020, vol. 25, pp. 134–139. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.12.186Transformation of BiFeO3 magnetic properties by Eu doping: magnetometry and Mössbauer studies / A. L. Zinnatullin [et al.] // J. Solid State Chem. – 2022. – Vol. 312. – Art. 123216. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2022.123216Zinnatullin A. L., Nosov I. Yu., Cherosov M. A., Kiiamov A. G., Vagizov F. G. Transformation of BiFeO3 magnetic properties by Eu doping: magnetometry and Mössbauer studies. Journal of Solid State Chemistry, 2022, vol. 312, art. 123216. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2022.123216Arnold, D. C. Composition-driven structural phase transitions in rare-earth-doped BiFeO3 ceramics: a review / D. C. Arnold // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. – 2015. – Vol. 62, N 1. – P. 62–82. https://doi.org/10.1109/tuffc.2014.006668Arnold D. C. Composition-driven structural phase transitions in rare-earth-doped BiFeO3 ceramics: a review. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 2015, vol. 62, no. 1, pp. 62–82. https://doi.org/10.1109/tuffc.2014.006668Temperature and Composition-Induced Structural Transitions in Bi1−x La(Pr)xFeO3 Ceramics / D. V. Karpinsky [et al.] // J. Am. Ceram. Soc. – 2014. – Vol. 97, N 8. – P. 2631–2638. https://doi.org/10.1111/jace.12978Karpinsky D. V., Troyanchuk I. O., Tovar M., Sikolenko V., Efimov V., Efimova E., Shur V. Ya., Kholkin A. L. Temperature and Composition-Induced Structural Transitions in Bi1−x La(Pr)xFeO3 Ceramics. Journal of the American Ceramic Society, 2014, vol. 97, no. 8, pp. 2631–2638. https://doi.org/10.1111/jace.12978Mn doping-induced structural and magnetic transformations in the antiferroelectric phase of the Bi1−x NdxFeO3 perovskites / V. A. Khomchenko [et al.] // J. Appl. Phys. – 2012. – Vol. 112, N 6. – Art. 064105. https://doi.org/10.1063/1.4752277Khomchenko V. A., Troyanchuk I. O., Maria T. M. R., Karpinsky D. V., Das S., Amaral V. S., Paixão J. A. Mn dopinginduced structural and magnetic transformations in the antiferroelectric phase of the Bi1−x NdxFeO3 perovskites. Journal of Applied Physics, 2012, vol. 112, no. 6, art. 064105. https://doi.org/10.1063/1.4752277Isothermal structural transitions, magnetization and large piezoelectric response in Bi1–x LaxFeO3 perovskites / I. O. Troyanchuk [et al.] // Phys. Rev. B. – 2011. – Vol. 83, N 5. – Art. 054109. https://doi.org/10.1103/physrevb.83.054109Troyanchuk I. O., Karpinsky D. V., Bushinsky M. V., Khomchenko V. A., Kakazei G. N., Araujo J. P., Tovar M., Sikolenko V., Efimov V., Kholkin A. L. Isothermal structural transitions, magnetization and large piezoelectric response in Bi1–x LaxFeO3 perovskites. Physical Review B, 2011, vol. 83, no. 5, art. 054109. https://doi.org/10.1103/physrevb.83.054109Influence of isothermal structural transition on the magnetic properties of Cr doped Bi0.86Nd0.14FeO3 multiferroics / P. T. Phong [et al.] // J. Alloys Compd. – 2020. – Vol. 823. – Art. 153887. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.153887Phong P. T., Salazar-Kuri U., Van H. T., Khien N. V., Dang N. V., Tho P. T. Influence of isothermal structural transition on the magnetic properties of Cr doped Bi0.86Nd0.14FeO3 multiferroics. Joyrnal of Alloys and Compounds, 2020, vol. 823, art. 153887. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.153887Structural transformations and magnetic properties of Bi1–x LnxFeO3 (Ln = La, Nd, Eu) multiferroics / I. O. Troyanchuk [et al.] // Phys. Status Solidi B. – 2009. – Vol. 246, N 8. – P. 1901–1907. https://doi.org/10.1002/pssb.200945030Troyanchuk I. O., Bushinsky M. V., Karpinsky D. V., Mantytskaya O. S., Fedotova V. V., Prochnenko O. I. Structural transformations and magnetic properties of Bi1–x LnxFeO3 (Ln = La, Nd, Eu) multiferroics. Physica Status Solidi B, 2009, vol. 246, no. 8, pp. 1901–1907. https://doi.org/10.1002/pssb.200945030Rao, T. D. Enhanced magnetization and improved insulating character in Eu substituted BiFeO3 / T. D. Rao, R. Ranjith, S. Asthana // J. Appl. Phys. – 2014 – Vol. 115, N 12. – Art. 124110. https://doi.org/10.1063/1.4869775Rao T. D., Ranjith R., Asthana S. Enhanced magnetization and improved insulating character in Eu substituted BiFeO3. Journal of Applied Physics, 2014, vol. 115, no. 12, art. 124110. https://doi.org/10.1063/1.4869775Evolution of structure and magnetic properties in EuxBi1−xFeO3 multiferroics obtained under high pressure / I. I. Makoed [et al.] // J. Magn. Magn. Mater. – 2019. – Vol. 489. – Art. 165379. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.165379Makoed I. I., Amirov A. A., Liedienov N. A., Pashchenko A. V., Yanushkevich K. I., Yakimchuk D. V., Kaniukov E. Y. Evolution of structure and magnetic properties in EuxBi1−xFeO3 multiferroics obtained under high pressure. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2019, vol. 489, art. 165379. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.165379

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