Магнитные свойства и электрическая поляризация при гетерогенном замещении в пиростаннате висмута Bi2(Sn0,9Ме0,1)2O7, Ме= Cr3+, Fe3+

Магнитные свойства и электрическая поляризация при гетерогенном замещении в пиростаннате висмута Bi2(Sn0,9Ме0,1)2O7, Ме= Cr3+, Fe3+

Автор: Удод Л.В., Романова О.Б., Ситников М.Н., Абдельбаки Х.

Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau

Рубрика: Технологические процессы и материалы

Статья в выпуске: 3 т.23, 2022 года.

Бесплатный доступ

Пиростаннат висмута Bi2Sn2O7 является диамагнетиком и относится к структурному типу класса пирохлора А2В2О7. В этом классе соединений, при наличии магнитных ионов, проявляются очень интересные магнитные свойства. Хром- и железозамещенные пиростаннаты висмута Bi2(Sn0.9Ме0,1)2O7, Ме = Cr и Fe синтезированы методом твердофазного синтеза. Рентгеноструктурный анализ показал, что образцы соответствуют моноклинной ячейке Pc в α-фазе Bi2Sn2O7 при комнатной температуре. Изучены магнитные свойства до 1100 К в магнитных полях до 0,86 Т и электрическая поляризация на частотах 10, 3 и 1 mHz в интервале температур 80-550 К. Исследовано влияние гетерогенного замещения ионами Cr3+ и Fe3+ на магнитные свойства и электрическую поляризацию. Анализ экспериментальных данных выявил зависимость магнитных свойств от степени заполнения электронных оболочек ионов хрома и железа. Соединение Bi2(Sn0,9Cr0,1)2O7 проявляет ферромагнитные свойства, а Bi2(Sn0,9Fe0,1)2O7 - антиферромагнитные. В хромзамещенном пиростаннате висмута при α→β переходе парамагнитная температура Кюри возрастает в 3 раза. Температурная зависимость обратной магнитной восприимчивости характеризуется гистерезисом в районе температур 400-900 К. Обратная магнитная восприимчивость Bi2(Sn0,9Fe0,1)2O7 во всем температурном интервале удовлетворительно описывается законом Кюри-Вейсса. Исследования магнитных свойств установили, что ионы Fe3+ находятся в высокоспиновом состоянии. Найден гистерезис поляризации в Bi2(Sn0,9Cr0,1)2O7, который смещается по оси поляризации и зависит от температуры. Bi2(Sn1-хFeх)2O7, х = 0,1 характеризуется линейной полевой зависимостью. С увеличением концентрации ионов железа возникает гистерезис полевой зависимости электрической поляризации. Нелинейная полевая зависимость поляризации в Bi2(Sn0,8Fe0,2)2O7 объяснятся взаимодействием дипольной и миграционной поляризаций. Для соединения Bi2(Sn0,9Cr0,1)2O7 обнаружен переход в состояние дипольного стекла. В β-фазе Bi2(Sn0,8Fe0,2)2O7 выше Т = 400 К гистерезис поляризации не наблюдается и преобладает электронно-релаксационная поляризация. Механизм * возникновения электронной поляризации объясняется с возникновением анионных вакансий при гетерогенном замещении ионов олова.

Еще

Рентгеноструктурный анализ, электрическая поляризация, магнитная восприимчивость, гистерезис электрической поляризации

Короткий адрес: https://sciup.org/148325791

IDR: 148325791   |   DOI: 10.31772/2712-8970-2022-23-3-561-571

Список литературы Магнитные свойства и электрическая поляризация при гетерогенном замещении в пиростаннате висмута Bi2(Sn0,9Ме0,1)2O7, Ме= Cr3+, Fe3+

  • Влияние катионного замещения на кристаллическую структуру, магнитные и электрические свойства BiFe1-xMnxO3 (х = 0,05 и 0,15) / Т. Н. Тарасенко, В. И. Михайлов, З. Ф. Кравченко и др. // Известия РАН. Серия физическая. 2020. Т. 84, № 9. С. 1307-1309.
  • Magnetoresistive effect in the cobalt-doped bismuth ferrite films / O. B. Romanova, S. S. Aplesnin, M. N. Sitnikov, L. V. Udod, et. al. // J. Materials Science: Materials in Electronics. 2020. Vol. 31. P. 7946. DOI: https://doi.org/10.1007/s10854-020-03333-7.
  • Low-temperature phase transition in bismuth ferrite films substituted by manganese / S. S. Aplesnin, A. N. Masyugin, U. I. Rybina, et. al. // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. W. 822. P. 012021. DOI: 10.1088/1757-899X/822/1/012021012021.
  • Magnetoelectric effect in bismuth - neodymium ferrite - garnet films / A. N. Masyugin, S. S. Aplesnin, Y. Y. Loginov et. al. // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 822. P. 012025. DOI: 10.1088/1757-899X/822/1/012025.
  • Regulating the BiMnxFe1-xO3 film conductivity upon cooling in magnetic and electric fields / S. S. Aplesnin, A. N. Masyugin, et. al. // Mater. Research Express. 2019. Vol. 6. P. 116125. DOI: doi.org/10.1088/2053-1591/ab4ec7.
  • Магнитотранспортные эффекты и электронное фазовое расслоение в сульфидах марганца с электрон-дырочным допированием / О. Б. Романова, С. С. Аплеснин и др. // ЖЭТФ. 2021. Т. 159. С. 1-14. DOI: 10.31857/S0044451021030000.
  • Романова О. Б., Аплеснин C. C., Удод Л. В. Влияние электронного и дырочного допирования на транспортные характеристики халькогенидных систем // ФТТ. 2021. Т. 63. С. 606-609. DOI: 10.21883/FTT.2021.05.50808.269.
  • Аплеснин С. С., Янушкевич К. И. Изменение магнитосопротивления в халькогенидах марганца MnSe1-XTeX при переходе от объемных образцов к тонкопленочным // Сибирский журнал науки и технологий. 2020. Т. 21, № 2. С. 254-265. DOI: 10.31772/2587-6066-2020-21-2254-265.
  • Magnetic Capacitance in Variable-Valence Manganese Sulfides / S. S. Aplesnin, A. M. Kharkov at. al. // Phys. Status Solidi B. 2020. Vol. 257. P. 1900637. DOI: 10.1002/pssb.201900637.
  • Magnetoresistance, magnetoimpedance, magnetothermopower, and photoconductivity in silver-doped manganese sulfides / O. B. Romanova, S. S. Aplesnin, L. V. Udod, et. al. // J. Appl. Phys. 2019. Vol. 125. P. 175706. DOI: https://doi: 10.1063/1.5085701.
  • Aplesnin S. S., Kretinin V. V. Magnetoelectric Effect in a Paramagnetic Region in Gd0,15Mn0,85Se // Physics of the Solid State. 2019. Vol. 61, No. 8. P. 1379-1382. DOI: 10.1134/S1063783419080067.
  • Coexistence of the electric polarization and conductive current in the bismuth-neodymium ferrite garnet films / S. S. Aplesnin, A. N. Masyugin, M. N. Volochaev et al. // J Mater Sci: Mater Electron. 2021. Vol. 32. P. 3766-3781. DOI: https://doi.org/10.1007/s10854-020-05121-9.
  • Aplesnin S. S., Sitnikov M. N., Zhivul'ko A. M. Magnetocapacity in the Paramagnetic Region in a Cation-Substituted Manganese Selenide // Phys. Solid State. 2018. Vol. 60. P. 673-680.
  • Влияние подложки на магнитоэлектрический эффект пленок висмутового ферритаграна-та с редкоземельным замещением / С. С. .Аплеснин, А. Н. Масюгин, М. Н. Ситников, T. Иши-баши // Письма в ЖЭТФ. 2019. Т. 110. C. 204-212. DOI: https://doi.1134/S0370274X19150128.
  • Greedan J. E. Geometrically frustrated magnetic materials // J. Mater. Chem. 2001. Vol. 11. P. 37.
  • Metal-insulator transition and magnetic properties in disordered systems of solid solutions MexMn:-xS / G. A. Petrakovskii, G. V. Loseva, L. I. Ryabinkina, S. S. Aplesnin // JMMM. 1995. Vol. 140-144 (PART 1). P. 147-148.
  • Aplesnin S. S. Influence of spin-phonon coupling on the magnetic moment in 2D spin-1/2 antiferromagnet // Phys. Lett. Section A: General, Atomic and Solid State Physics. 2003. Vol. 313 (1-2). P. 122-125.
  • Aplesnin S. S. A study of anisotropic Heisenberg antiferromagnet with S = 1/2 on a square lattice by Monte-Carlo method // Phys. Status Solidi (B) Basic Research. 1998. Vol. 207 (2). P.491-498.
  • Aplesnin S. S. Monte?Carlo Study of Two?Dimensional Quantum Antiferromagnets with Random Anisotropies and Spin S = 1 // Physica Status Solidi (b). 1989. Vol. 153 (1). P. K79-K84.
  • Order in the Heisenberg pyrochlore: The magnetic structure of Gd2Ti2O7 / J. D. M. Champion, A. S. Wills, T. Fennell at. al. // Phys. Rev. B. 2001. Vol. 64. P. 140407(R).
  • Аплеснин С. С. Димеризация антиферромагнитных цепей с четырехспиновым взаимодействием // ФТТ. 1996. Т. 38 (6). С. 1031-1036.
  • Aplesnin S. S. Quantum Monte Carlo analysis of the 2D Heisenberg antiferromagnet with S = 1/2: The influence of exchange anisotropy // Journal of Physics Condensed Matter. 1998. Vol. 10 (44). P. 10061-10065.
  • Aplesnin S. S. Existence of massive singlet excitations in an antiferromagnetic alternating chain with // Phys. Rev. B - Conden. Matter and Materials Physics. 2000. Vol. 61 (10). P. 6780-6784.
  • Аплеснин С. С. Неадиабатическое взаимодействие акустических фононов со спинами S = 1/2 в двумерной модели Гейзенберга // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2003. Т. 97 (5). С. 969-977.
  • Aplesnin S. S., Moskvin A. I. Magnetic structures upon ordering of eg orbitals in a square lattice // Journal of Physics Condensed Matter. 2008. Vol. 20 (32). P. 325202.
  • Aplesnin S. S. Two-dimensional quantum spin liquid with S = 1/2 spins interacting with acoustic phonons // Physics Letters, Section A: General, Atomic and Solid State Physics. 2004. Vol. 333 (5-6). P. 446-449.
  • Bramwell S. T., Harris M. J. Frustration in Ising-type spin models on the pyrochlore lattice // J. Phys.: Cond. Matter. 1998. Vol. 10. P. 215.
  • Crystal structure of the high-temperature superconductor TI2Ba2CaCu2O8 / M. A. Subramanian, J. C. Calabrese et. al. // Nature. 1988. Vol. 332. P. 420-422. DOI: 10.1038/332420A0.
  • Frustrated pyrochlore oxides, Y2Mn2O7, Ho2Mn2O7, and Yb2Mn2O7: Bulk magnetism and magnetic microstructure / J. E. Greedan, N. P. Raju et al. // Phys. Rev. B. 1996. Vol. 54. P. 7189.
  • Colossal Magnetoresistance Without Mn3+/Mn4+ Double Exchange in the Stoichiometric Pyrochlore Tl2Mn2O7 / M. A. Subramanian, B. H. Toby et al. // Science. 1996. Vol. 273. P. 81.
  • Bi2(Sn0 95Cr0 05)2O7: Structure, IR spectra, and dielectric properties / S. S. Aplesnin, L. V. Udod, M. N. Sitnikov, N. P. Shestakov // Ceramics International. 2016. Vol. 42. P. 5177-5183.
  • Aplesnin S. S., Udod L. V., Sitnikov M. N. Electronic transition, ferroelectric and thermoelectric properties of bismuth pyrostannate Bi2(Sn0,85Cr0,i5)2O7 // Ceramics International. 2018. Vol. 44. P. 1614-1620.
  • Dipole glass in chromium-substituted bismuth pyrostannate / S. S. Aplesnin, L. V. Udod, M. N. Sitnikov et al. // Mater. Res. Express. 2018. Vol. 5. P. 115202. DOI: https://doi.org/ 10.1088/2053-1591/aaddd934.
  • Influence of cation substitution on dielectric and electric properties of bismuth stannates Bi2Snj.9Me0.1O7 (Me=Cr, Mn) / S. S. Aplesnin, L. V. Udod, Y. Y. Loginov et al. // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 467. P. 012014(5).
  • Phase transitions in bismuth pyrostannate upon substitution of tin by iron ions / L. V. Udod, S. S. Aplesnin, M. N. Sitnikov et al. // J. All. Compound. 2019. Vol. 804. P. 281-287. DOI: https://doi.org/10.1016/jjancom.2019.07.020.
  • Magnetodielectric effect and spin state of iron ions in iron-substituted bismuth pyrostannate / L. Udod, S. Aplesnin, M. Sitnikov et al. // EPJP. 2020. Vol. 135. P. 776. DOI: https://doi.org/ 10.1140/epjp/s13360-020-00781-2.
  • Relationship between Pyroelectric Properties and Electrode Sizes in (Pb, La)(Zr, Ti)O3 (PLZT) Thin Films / M. Kobune, H. Ishito, A. Mineshige, S. Fujii1, R. T. Tomozawa // J. Apl. Phys. 1998. Vol. 37. P. 5154.
  • Reappraisal of the crystal chemistry of beryl / C. Aurisicchio, G. Fioravanti, O. Grubessi, P. F. Zanazzi // American Mineralogist. 1988. Vol. 73 (7). P. 826-837.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp