Особенности обменных взаимодействий ионов B-подрешетки в системе La_0,5Sr_0,5Co_1–x Ni_x O_3–d

Проведено комплексное исследование кристаллической структуры, магнитных и магнитотранспортных свойств кобальтитов La_0,5Sr_0,5Co_1–x Ni_x O_3–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 CuK_α -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 (T_C) 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. 

1. Особенности спинового, зарядового и орбитального упорядочений в кобальтитах / Н. Б. Иванова [и др.] // Успехи физ. наук. – 2009. – Т. 179, № 8. – С. 837–860.

2. Raveau, B. Cobalt Oxides: From Crystal Chemistry to Physics / B. Raveau, M. Seikh. – Weinheim, 2012. – P. 148–175.

3. 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.155.932

4. Wu, 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.67.174408

5. Synthesis 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/10.1088/0953-8984/23/24/245601

6. Crystallographic 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.78.054404

7. Magnetic 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/10.1088/0953-8984/25/31/316004

8. Roisnel, 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.378-381.118

9. Goodenough, J. B. Magnetism and the chemical bond / J. B. Goodenough. – Interscience publishers, 1963. – 393 p