Товстолиткін Олександр Іванович. Магнітні та електричні властивості неоднорідних манганітових сполук зі структурою перовскіту : Дис... д-ра фіз.-мат. наук: 01.04.11 / Інститут магнетизму НАН України та МОН України. — К., 2005. — 334арк. : іл. — Бібліогр.: арк. 301-334.
Анотація до роботи:
Товстолиткін О.І. Магнітні та електричні властивості неоднорідних манганітових сполук зі структурою перовскіту. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.11 – магнетизм. – Інститут магнетизму Національної Академії Наук та Міністерства Освіти і Науки України, Київ, 2005.
Дисертаційна робота спрямована на з’ясування закономірностей та особливостей протікання фізичних процесів, пов’язаних зі зміною магнітного стану та величини електричної провідності в неоднорідних манганітових сполуках зі структурою перовскіту. На основі узагальнення результатів, одержаних за допомогою комплексу надійно апробованих методів магнітних, електричних та магніторезонансних вимірювань, а також, базуючись на результатах модельних розрахунків, з’ясовано напрямки еволюції магнітних та електричних параметрів манганітових оксидів при цілеспрямованому підвищенні неоднорідності матеріалу. У роботі показано, що внесення різних видів недосконалостей в манганітові системи приводить до підсилення тенденції до розділення магнітних фаз, проте магнітний фазовий склад зразка у кожному окремому випадку визначається видом внесених недосконалостей.
Дисертаційна робота містить вирішення актуальної наукової проблеми, що полягає у отриманні комплексної картини модифікації магнітних та електричних характеристик манганітових сполук зі структурою перовскіту під дією факторів, спрямованих на підвищення структурної та магнітної неоднорідності цих матеріалів. На основі узагальнення результатів, одержаних за допомогою комплексу надійно апробованих методів магнітних, електричних та магніторезонансних вимірювань, а також, базуючись на результатах модельних розрахунків, виявлено напрямки еволюції магнітних та електричних параметрів манганітових оксидів при цілеспрямованому підвищенні неоднорідності матеріалу. Запропоновано послідовну і несуперечливу інтерпретацію експериментальних даних.
Як загальний результат, у роботі з’ясовано закономірності і специфічні риси еволюції магнітних та електричних характеристик манганітових оксидів зі структурою перовскіту при зміні чинників, що включають індуковану дефектами магнітну неоднорідність; формування структурних вакансій у кристалічній гратці; хімічні заміщення в підгратці марганцю; механічні напруження в плівкових зразках; варіацію умов приготування та термообробки зразків.
Основні результати, які одержані в роботі, можна сформулювати наступним чином:
1. Вперше формалізовано взаємозв’язок між характером еволюції електричних властивостей і шириною магнітного переходу для магнітно-двофазної системи, у якій електричний опір кожної з фаз визначається її магнітним станом. На основі модельних розрахунків показано, що розширення області співіснування таких фаз приводить до появи додаткового піка на температурній залежності електроопору, незважаючи на те, що параметри кожної із фаз є монотонною функцією температури.
2. З’ясовано причини формування низькотемпературного резистивного піка в полікристалічних зразках заміщених манганітів при зменшенні розміру зерна або погіршенні міжзеренної провідності. Показано, що електричні аномалії такого типу є результатом взаємозв’язку електричної провідності та магнітного стану зразка і виникають внаслідок розширення температурної області співіснування феромагнітної та парамагнітної фаз. Для об’ємних полікристалічних зразків (La,Sr)MnO3 резонансними методами підтверджено факт співіснування парамагнітної і феромагнітної фаз в широкій (більше 40 К) області температур поблизу точки магнітного переходу.
3. Розроблено концепцію, яка пов’язує поведінку електричного опору нанокристалічних зразків заміщених манганітів з особливостями неоднорідного переносу заряду через двокомпонентну суміш, що складається з високорезистивних парамагнітних областей, розділених провідними феромагнітними областями. Для нанокристалічних зразків (La,Ca)MnO3 експериментально показано, що в області температур, нижчих за температуру Кюрі, вольт-амперні характеристики є лінійними при зміні напругибільше, ніж на два порядки величини. Це свідчить про незначну роль тунельних ефектів в процесі переносу заряду через високорезистивні області. Підвищена кількість магнітно невпорядкованої фази в нанокристалічних зразках пов’язується з наявністю значної кількості міжзеренних областей.
4. Визначено характерні риси зміни електричних та магнітних властивостей тонких епітаксійних плівок при зменшенні їх товщини. Показано, що у широкій області температур стан надтонкої плівки може бути добре змодельований як суміш парамагнітної діелектричної та феромагнітної металічної фаз. У цьому стані опір переважно визначається магнітно розупорядкованими областями і не відображає поведінку намагніченості, котра слугує мірою впорядкованості спінів. Обчислення, виконані з застосуванням перколяційної моделі, добре описують основні особливості магнітних і електричних властивостей таких плівок.
5. Вперше експериментально показано, що магнітний стан натрій-заміщених манганітів є неоднорідним і характеризується співіснуванням феромагнітних областей двох видів, які суттєво відрізняються рухливістю електронних дірок на вузлах марганцю, а також парамагнітної фази, температурна область існування якої простягається до досить низьких температур. Виявлено, що збільшення кількості вакансій в катіонних підгратках приводить до збільшення об’ємної частки парамагнітної фази. Показано, що при кімнатній температурі магнітоопір, виміряний в полі 15 кЕ, має максимум (20 %) у зразку La1-xNaxMnO3+g з x = 0,12. Для цього складу залежність магнітоопору від напруженості поля близька до лінійної, що є перспективним для використання таких матеріалів в пристроях для вимірювання магнітного поля.
6. Встановлено взаємозв’язок між структурними, електричними та магніторезистивними властивостями полікристалічних зразків (La1-yNdy)1-xSrxMnO3. Показано, що заміщення лантану неодимом приводить до суттєвого підвищення магнітоопору і зниження температури, при якій магнітоопір має максимум. Виявлено, що основні зміни в положенні піків на температурних залежностях електро- та магнітоопору відбуваються в інтервалі 0 y 0,25, що корелює з характером зміни структурних параметрів. Особливості поведінки зразків (La1-yNdy)1-xSrxMnO3 поблизу y = 0,25 пов’язуються з утворенням структурно і магнітно неоднорідного стану.
7. Проведено комплексне дослідження структурних, магнітних та магніторезонансних властивостей зразків La0,7Sr0,3Mn1-xCuxO3+g. Виявлено, що поведінка зразків в області малих рівнів легування (x 0,05) суттєво відрізняється від такої для більших значень концентрації міді. Для зразків у межах першої області основним низькотемпературним станом є однорідний феромагнетизм і їх магнітні властивості слабко залежать від вмісту міді. Характерною рисою області з більш високими значеннями x (x > 0,05) є співіснування двох різних магнітних фаз і сильний спад намагніченості насичення з ростом x. Показано, що введення іонів міді в підгратку марганцю сприяє конвертації частини феромагнітної металічної фази в зарядово впорядковану, причому кількість першої суттєво зменшується зі збільшенням x. Наведено докази висунутого іншими авторами припущення про те, що іони міді в Cu-заміщених манганітах перебувають лише в іонізаційному стані 2+.
8. Показано, що механічні напруження в тонких епітаксійних плівках (La,Sr)MnO3 впливають не тільки на величину температури магнітного переходу, але і приводять до розділення магнітних фаз. Експериментально доказано, що у цьому випадку в об'ємі зразка співіснують дві фази з різним магнітним впорядкуванням. Виявлено, що провідність таких плівок суттєво залежить від величини електричного струму, причому цей ефект значно підсилюється з пониженням температури і зменшенням сили струму.
9. Для керованої зміни електричних та магніторезистивних властивостей плівок заміщених манганітів розроблено новий спосіб приготування, а саме дискретне осадження. Відмінною особливістю такої процедури є розділення всього процесу осадження на декілька циклів, що складають з осадження як такого і подальшого відпалу зразка в осаджувальній камері. Показано, що метод дискретного осадження приводить до зростання температури магнітного переходу, значного падіння питомого опору та підвищення магнітоопору при кімнатній температурі. Наведено докази, що розроблена процедура мінімізує ефекти, обумовлені індукованими підкладкою напруженнями і приводить до вдосконалення структури і покращення магнітної однорідності плівок.
Таким чином, мета даної роботи досягнута, а всі поставлені задачі вирішені. Отримані результати служать надійною експериментальною базою для подальшого розвитку теоретичних розробок, спрямованих на поглиблене розуміння фізичних властивостей манганітових сполук зі структурою перовскіту. Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що вони можуть бути використані для прогнозування магнітних і електричних властивостей складних манганітових оксидів, а також для розробки нових матеріалів. Застосування нових режимів приготування плівкових зразків заміщених манганітів лантану дозволяє мінімізувати ефекти, обумовлені індукованими підкладкою напруженнями, і, таким чином, керувати магнітними параметрами складних манганітових оксидів.
Публікації автора:
Pogorilyi A.N., Belous N.A., Tovstolytkin A.I., Belous A.G., Yanchevski. O.Z. Anomalous transport behavior of La0.825Sr0.175MnO3-d polycrystalline samples below Curie temperature // ФНТ. – 1999. – Т. 25, №1. – С. 97-99.
Товстолыткин А.И., Погорелый А.Н., Ковтун С.М. Двухпиковый характер температурной зависимости электросопротивления перовскитовых манганитов в случае уширенного ферромагнитного перехода // ФНТ. – 1999. – Т. 25, №12. – С. 1282-1286.
Білоус М.О., Погорілий А.М., Товстолиткін О.І., Черепов С.В., Білоус А.Г., Янчевський О.З. Електричні, магнітні та магніторезистивні властивості киснево-дефіцитних полікристалічних зразків La1-xCaxMnO3-d (d @ 0,08, x = 0,15 – 0,30) // УФЖ. – 2000. – Т. 45, №2. – С. 198-202.
Tovstolytkin A.I., Pogorily A.N., Cherepov S.V., Bondarkova G.V., Silantiev V.I. Effect of microstructure on transport and magnetoresistance properties of bulk polycrystalline La0.825Sr0.175MnO3-d samples // Металлофиз. новейшие технол. – 2000. – Т. 22, №11. – С. 23-31.
Янчевский О.З., Белоус А.Г., Товстолыткин А.И., Погорелый А.Н. Синтез и магниторезистивные свойства манганитов La0.7Ca0.3Mn1-xCuxO3-d // Укр. хим. журн. – 2001. – Т. 67, №11. – С. 5-8.
Tovstolytkin A.I. Transport properties of doped manganites in case of degraded magnetic transition // Mater. Sci. For. – 2001. – Vol. 373 - 376. – P. 613-616.
Tovstolytkin A.I., Pogorilyi A.N., Belous A.G., Yanchevski. O.Z. Unusual substitutional properties of Cu in bulk polycrystalline La0.7Ca0.3Mn1-xCuxO3-d // ФНТ. – 2001. – Т. 27, №5. – С. 500-507.
Tovstolytkin A.I., Pogorilyi A.N., Shypil E.V., Podyalovski D.I. An abnormal effect of low level Cu doping on the magnetism and conductivity of La0.7Ca0.3MnO3-d // Phys. Met. Metallogr. – 2001. – Vol. 91, Suppl. 1. - P. 214-218.
Prokhorov V.G., Kaminski G.G., Komashko V.A., Lee Y.P., Tovstolytkin A.I., Pogorily A.N. Giant resistance switching effect in nano-scale twinned La0.65Ca0.35MnO3 film // ФНТ. – 2002. – Т. 28, №11. – С. 1199-1202.
Белоус А.Г., Янчевский О.З., Погорелый А.Н., Товстолыткин А.И. Особенности кристаллографических и электрофизических свойств системы La1-xSrxMnO3 // Укр. хим. журн. – 2002. – Т. 68, №5. – С. 3-9.
Tovstolytkin A.I., Pogorily A.N., Kotov V.V., Cherepov S.V. Electronic phase separation in manganites induced by Cu doping // Functional Materials. – 2002. – Vol. 9, No. 1. – P. 41-45.
Belous A.G., V’yunov O.I., Pashkova E.V., Yanchevskii O.Z., Tovstolytkin A.I., and Pogorily A.N. Effect of chemical composition and sintering temperature on the structure of La1-xSrxMnO3±g solid solutions // Inorg. Mater. – 2003. – Vol. 39, No. 2. – P. 161-170.
Товстолиткін О.І., Погорілий А.М., Лежненко І.В., Матвієнко О.І., Кравчик В.П. Особливості зародження високопровідної феромагнітної фази в тонкоплівкових зразках La0,775Sr0,225MnO3-d // Металлофиз. новейшие технол. – 2003. – Т. 25, №2. – С. 147–157.
Pogorily A.N., Tovstolytkin A.I., Lezhnenko I.V., Matviyenko A.I., Podyalovski D.I. Peculiar magnetic and magnetoresistive properties of La0.7Sr0.3MnO3-dpolycrystalline thin films // Functional Materials. – 2003. – Vol. 10, No. 1. – P. 30-33.
Погорелый А.Н., Товстолыткин А.И., Лежненко И.В., Матвиенко А.И., Кравчик В.П. Индуцированное током изменение характера проводимости в пленках La0,775Sr0,225MnO3-d // ФНТ. – 2003. – Т. 29, №7. – С. 754-757.
Tovstolytkin A.I. Evidence for the magnetic phase separation induced by a structural instability in polycrystalline samples of La1-xSrxMnO3-d // УФЖ. – 2003. – Т. 48, №9. – С. 962-965.
Товстолыткин А.И., Погорелый А.Н., Лежненко И.В., Матвиенко А.И., Подъяловский Д.И., Кравчик В.П. Особенности электрических и резонансных свойств магнитно-неоднородных пленок La0.775Sr0.225MnO3-d// ФТТ. – 2003. – Т. 45, №10. – С. 1857-1861.
Товстолиткін О.І., Лежненко І.В., Матвієнко О.І., Под’яловський Д.Й., Кравчик В.П. Вплив матеріалу підкладки та режимів відпалу на магнітний фазовий склад перовскітних плівок (La,Sr)MnO3 // Металлофиз. новейшие технол. – 2004. – Т. 26, №1. – С. 17-26.
Yanchevskii O.Z., Tovstolytkin A.I., V’yunov O.I., Durilin D.A., and Belous A.G. Structure and properties of nonstoichiometric La1-xNaxMnO3±g solid solutions // Inorg. Mater. – 2004. – Vol. 40, No. 7. – P. 744-750.
Tovstolytkin A., Pogorily A., Vovk A., Podyalovskii D., Lezhnenko I. and Matviyenko A. Magnetoresistance and phase separation in thin films of moderately Sr-doped manganites // J. Magn. Magn. Mater. – 2004. – Vol. 272-276, No. 3. – P. 1839-1840.
Товстолиткін О.І., В’юнов О.І., Данільченко К.П., Білоус А.Г. Структура та магніторезистивні властивості полікристалічних зразків (La1-yNdy)1-xSrxMnO3 // УФЖ. – 2004. – Т. 49, №9. – С. 908–913.
Tovstolytkin A.I., Pogorily A.N., Kotov V.V., Belous A.G., V’yunov O.I. Effect of the crystal structure defectiveness on magnetic state of sodium-doped lanthanum manganites // Functional Materials. – 2004. – Vol. 11, No. 4. – P. 721-729.
Товстолиткін О.І., Кравчик В.П., Матвієнко О.І., Пащенко В.П., Богачова Г.Н. Електричні та магніторезистивні властивості тонких плівок заміщених манганітів з надлишковим вмістом марганцю // Металлофиз. новейшие технол. – 2004. – т. 26, №12. – С. 1611-1619.
Pogorilyi A.N., Belous N.A., Tovstolytkin A.I., Belous A.G., Yanchevski. O.Z. Sintering temperature dependence of the magnetoresistance in La1-xSrxMnO3-d (x = 0.15–0.30) polycrystalline samples // Abstr. book of the 7th European Magnetic Materials and Application Conf. – Zaragoza (Spain), 1998. – P. 180.
Pogorily A.N., Tovstolytkin A.I., Vovk A.Ya., Bondarkova G.V., Silantiev V.I., Cherepov S.V., Belous A.G., Yanchevski O.Z. Transport and Magnetoresistance Properties of Nanocrystalline La0.7Ca0.3MnO3 // Abstr. book of 8th European Magnetic Materials and Applications Conference. –Kyiv (Ukraine), 2000. – P. 53.
Tovstolytkin A.I., Pogorily A.N., Shypil E.V., Podyalovski D.I., Belous A.G., Yanchevski O.Z. Anomalous behavior of oxygen deficient La1-xSrxMnO3-d at the crossover from monoclinic to rhombohedral phase // Abstr. book of Joint European Magnetism Symposia EMMA-MRM (JEMS '01). – Grenoble (France), 2001. – P. 73.
Tovstolytkin A.I. Copper doping induced suppression of metallic-like ferromagnetism in La0.7Ca0.3MnO3-d // Abstr. book of Euro-Asian Symposium “Trends in Magnetism” (EastMag-2001). – Ekaterinburg (Russia), 2001. – P. 125.
Pogorily A.N., Tovstolytkin A.I., Shypil E.V., Podyalovski D.I. Profound effect of low Cu doping on magnetism of oxygen deficient La0.7A0.3MnO3-d (A = Ca, Sr) // Abstr. book of March Meeting 2001 of The Amer. Phys. Soc., Bulletin of the American Physical Society. – 2001. – v. 46, No. 1, Pt. I. – P. 439.
Янчевський О.З., Пашкова О.В., Білоус А.Г., Погорілий А.М., Товстолиткін О.І. Утворення, структура та електрофізичні властивості системи La1-xSrxMnO3 // Матеріали XV Української конференції з неорганічної хімії. – Київ, 2001. – C. 75.
Pogorily A.N., Tovstolytkin A.I., Lezhnenko I.V., Matviyenko A.I., Podyalovski D.I. Magnetic phase separation in thin polycrystalline films of La0.7Sr0.3MnO3-d // Abstr. book of International Conference "Functional Materials" (ICFM-2001). – Partenit (Ukraine), 2001. – P. 40.
Tovstolytkin A.I., Pogorily A.N., Lezhnenko I.V., Matviyenko A.I., Kravchik V.P. Highly nonlinear current-dependent conduction in La0.775Sr0.225MnO3-d film // Тез. докл. II Международной нучной конф. «Магнитные материалы и их применение». – Минск (Бєларусь): Издательский центр БГУ, 2002. – С. 71-72.
Tovstolytkin A.I., Pogorilyi A.N., Belous A.G., Yanchevski. O.Z. Large room-temperature magnetoresistance in bulk La1-xNaxMnO3 // Abstr. book of International Conference "Functional Materials" (ICFM-2001). – Partenit (Ukraine), 2003. – P. 60.
Belous A., V’yunov O., Yanchevskii O., Tovstolytkin A., Golub V. Oxidation states of copper ions and magnetic properties of La0.7Sr0.3Mn1-xCuxO3+d system // Abstr. book of 9th International Conf. On Electroceramics & their Applications (Electroceramics IX). – Cherbourg (France), 2004. – P. 467.
V’yunov O., Belous A., Yanchevskii O., Tovstolytkin A., Golub V. Structural features and properties of (La,Sr)(Mn,Cu)O3 // Abstr. book of NATO Advanced Research Workshop “Fuel Cell Technologies: State and Perspectives”. – Kyiv (Ukraine), 2004. – P. 78.
