Магнитоемкость в сульфидах марганца с редкоземельным замещением Mn1-xRexS

Автор: Харьков А. М., Бандурина О. Н., Аплеснин С. С., Воронова Е. Г.

Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau

Рубрика: Технологические процессы и материалы

Статья в выпуске: 1 т.25, 2024 года.

Бесплатный доступ

Исследуются поликристаллические образцы Mn1-xGdxS и Mn1-xYbxS c концентрацией x = 0,2 вблизи концентрации протекания ионов по ГЦК решетки с целью определения флуктуации валентности иона иттербия на диэлектрические свойства. Диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери определены из измерения емкости и тангенса угла потерь в диапазоне частот 102-106 Гц при температурах 80-500 К без магнитного поля и в магнитном поле. Магнитоемкость и диэлектрические потери в магнитном поле образца определялись из относительного изменения действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости образца в магнитном поле Н = 12 кЭ, приложенном параллельно обкладкам конденсатора. Обнаружен интервал температур с резким ростом диэлектрической проницаемости и максимумом диэлектрических потерь, который смещается с ростом частоты и магнитного поля. Найдено в Mn1-xYbxS увеличение диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь в магнитном поле выше 170 К. Рост диэлектрических потерь объясняется увеличением времени релаксации в результате локальных деформаций вблизи ионов иттербия при флуктуациях валентности. Определен механизм уменьшения реактивного сопротивления в магнитном поле в Mn1-xYbxS при низких частотах за счет емкости и при высоких частотах за счет индуктивности. В соединении Mn0,8Gd0,2S мнимая часть диэлектрической проницаемости имеет два максимума. Низкотемпературный максимум сдвигается в магнитном поле в сторону высоких температур и описывается в модели локализованных электронов с замерзанием дипольных моментов. Диэлектрические потери уменьшаются в магнитном поле. Магнитоемкость уменьшается на порядок в Mn0,8Gd0,2S по сравнению с Mn0,8Yb0,2S. Диэлектрическая проницаемость в обоих соединениях описывается в модели Дебая c активационной зависимостью времени релаксации от температуры, где энергии активации отличаются для ионов иттербия и гадолиния.

Еще

Магнитоемкость, полупроводники, модель дебая

Короткий адрес: https://sciup.org/148328308

IDR: 148328308 | DOI: 10.31772/2712-8970-2024-25-1-157-166

Список литературы Магнитоемкость в сульфидах марганца с редкоземельным замещением Mn1-xRexS

Khomskii D. Classifying multiferroics: Mechanisms and effects // Physics 2009. Vol. 2. P. 20.
High Energy Storage Properties and Electrical Field Stability of Energy Efficiency of (Pb0.89La0.11)(Zr0.70Ti0.30)0.9725O3 Relaxor Ferroelectric Ceramics / A. Kumar, S. H. Kim, M. Peddigari et al. // Electron. Mater. Lett. 2019. Vol. 15. P. 323–330.
Mostovoy M. V. Ferroelectricity in Spiral Magnets // Phys. Rev. Lett. 2006. Vol. 96. P. 067601.
Progress in multiferroic and magnetoelectric materials: applications, opportunities and challenges / M. Kumar, S. Shankar, A. Kumar, et. al. // J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2020. Vol. 31. P. 19487–19510.
Eerenstein W., Mathur N. D., Scott J. F. Multiferroic and magnetoelectric materials // Nature. 2006. Vol. 442. P. 759.
Ederer C., Spaldin N. A. Weak ferromagnetism and magnetoelectric coupling in bismuth ferrite // Phys. Rev. B. 2005. Vol. 71. P. 060401.
Epitaxial BiFeO3 multiferroic thin film heterostructures / J. Wang, J. B. Neaton, H. Zheng et al. // Science. 2003. Vol. 299. P. 1719.
Пятаков А. П., Звездин А. К. Магнитоэлектрические материалы и мультиферроики // УФН. 2012. Т. 182. C. 593–620.
Structural and Magnetic Transitions in the Bi2Fe4O9/BiFeO3 Composite / L. V. Udod, S. S. Aplesnin, M. N. Sitnikov et al. // J. All. Comp. 2023. Vol. 957, No 2. P. 170445.
Magnetoelectric Effect Driven by Magnetic Domain Modification in LuFe2O4 / T. Kambe, Y. Fukada, J. Kano et al. // Phys. Rev. Lett. 2013. Vol. 110. P. 117602.
Maxwell J. C. Treatise on Electricity and Magnetism. 3rd ed. Dover. New York. 1991. P. 5–531.
Аплеснин С. С., Ситников М. Н., Живулько А. М. Смена знака магнитоемкости в парамагнитной области в катион-замещенном селениде марганца // ФТТ. 2018. Т. 60, Вып. 4. С. 670–676.
Parish M. M., Littlewood P. B. Magnetocapacitance in Nonmagnetic Composite Media // Phys. Rev. Lett. 2008. Vol. 101. P. 166602.
Effect of the Electrical Inhomogeneity on the Magnetocapacitance Sign Change in the HoxMn1‒xS Semiconductors upon Temperature and Frequency Variation / S. S. Aplesnin, M. N. Sitnikov, A. M. Kharkov, H. Abdelbaki // J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2023. Vol. 34. P. 284.
Aplesnin S. S., Kharkov A. M., Filipson G. Yu. Magnetic capacitance in variable-valence manganese sulfides // Phys. Stat. Sol. B. 2020. Vol. 257, No. 5. P. 1900637.
Аплеснин С. С., Ситников М. Н. Магнитотранспортные эффекты в парамагнитном состоянии в GdxMn1−xS // Письма в ЖЭТФ. 2014. T. 100? Вып. 2. С. 104–110.
Аплеснин С. С., Ситников М. Н. Магнитоемкостный эффект в GdxMn1-xS // ФТТ. 2016. Т. 58, Вып. 6. С. 1112.
Influence of induced electrical polarization on the magnetoresistance and magnetoimpedance in the spin-disordered TmxMn1-xS solid solution / S. S. Aplesnin, M. N. Sitnikov, A. M. Kharkov et al. // Phys. Stat. Sol. B. 2019. Vol. 256. P. 1900043.
Magnetocapacity of manganese sulphides substituted by thulium ions / A. M. Kharkov, M. N. Sitnikov et al. // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020. Vol. 822. P. 012024.
Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths / P. Wachter // Phys. Rev. B. 1989. P. 132.
Optical response of YbS and YbO at high pressures and pressure-volume relation of YbS / K. Syassen, H. Winzen, H. G. Zimmer et al. // Phys. Rev. B. 1985. Vol. 32. P. 8246.
Photoemission Evidence for Valence Fluctuations and Kondo Resonance in YbAl2 / M. Matsunami, A. Chainani, M. Taguchi et al. // Phys. Rev. B. 2008. Vol. 78. P. 195118.
Pressure Tuning of an Ionic Insulator into a Heavy Electron Metal: An Infrared Study of YbS // M. Matsunami, H. Okamura, A. Ochiai, T. Nanba // Phys. Rev. Lett. 2009. Vol. 103. P. 237202.
Spin state of cations and magnetoelastic effect in the Mn1‒xYbxS / S. S. Aplesnin, A. M. Kharkov, O. B. Romanova et al. // JMMM. 2014. Vol. 352. P. 1–5.
Magnetoimpedance, Jahn-Teller transitions upon electron doping of manganese sulfide / S. S. Aplesnin, M. N. Sitnikov, A. M. Kharkov et al. // JMMM. 2020. Vol. 513. P. 167104.
Aplesnin S. S., Kharkov A. M., Sokolov V. V. Gigantic magnetocapacitive effect into YbxMn1–xS // Abstracts. V Euro-Asian Symposium «Trends in Magnetism»: Nanospintronics Eastmag, Vladivostok. 2013. С. 33–34.
Spin-dependent transport in α-MnS single crystals / S. S. Aplesnin, L. I. Ryabinkina, G. M. Abramova et al. // Phys. Sol. St. 2004. Vol. 46, Is. 11. P. 2067.
Understanding the valency of rare earths from first-principles theory / P. Strange, A. Svane, W. M. Temmerman et al. // Nature 1999. Vol. 399. P. 756.
Simple rules for determining valencies of f-electron systems / L. Petit, A. Svane, Z. Szotek et al. // J. Phys.: Cond. Mat. 2001. Vol. 13. P. 8697–8706.
Aplesnin S. S., Romanova O. B., Yanushkevich K. I. Magnetoresistance effect in anionsubstituted manganese chalcogenides // Phys. Stat. Sol. B.: Basic Research 2015. Vol. 252, Is. 8. P. 1792.
Universal scaling in the dynamical conductivity of heavy fermion Ce and Yb compounds / H. Okamura, T. Watanabe, M. Matsunami et al. // J. Phys. Soc. Jpn. 2007. Vol. 76. P. 023703.
Annese E. Definitive Evidence for Fully Occupied 4f Electrons in YbS and Yb Metal // Phys. Rev. B. 2004. Vol. 70. P. 075117.

Еще

Статья научная