WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика твердого тела, 1997, том 39, № 4 Магнитная микроструктура в гексаферритах стронция с коррелированными неизоморфными замещениями © Ш.Ш. Башкиров, А.Б. Либерман, Л.Д. Зарипова, А.А. Валиуллин Казанский государственный университет, 420008 Казань, Россия (Поступила в Редакцию 11 ноября 1996 г. ) Изучено влияние коррелированного неизоморфного замещения ионов Fe3+ на Mn2+ иTi4+ в гексаферритах M-типа на формирование их магнитной микроструктуры. Но основе данных мессбауэровской спектроскопии сделаны выводы о возможном распределении замещающих катионов в структуре и их влиянии на основные магнитные свойства изученных гексаферритов.

1. Магнитные свойства гексагональных ферритов магнитных подрешеток, характерных для гексагональных со структурой магнетоплюмбита Me2+Fe12O19 ферритов со структурой типа M [5]. Действительно, (Me2+ = Pb, Sr, Ba... ) широко исследуются самыми кристаллическая структура ферритов типа M предстаразнообразными методами. Это обусловлено тем вляет собой плотнейшую упаковку ионов O2-, в пуобстоятельством, что замещение части ионов железа стотах которой расположены ионы металла. Для опикатионами других металлов позволяет реализовать сания структуры гексаферритов очень удобно провести различные типы магнитного упорядочения от ее условное разделение на отдельные блоки. В этом аксиального коллинеарного до неупорядоченных случае элементарные ячейки всех гексаферритов можно угловых магнитных структур при сохранении одной и построить из блоков двух типов S и R, первый из которых той же кристаллической решетки [1].

имеет кубическую структуру с осью [111], направленной Таким образом, подобные исследования представляют вертикально, а другой имеет гексагональную структуру.

большой интерес как для более полного понимания Структуру любого гексаферрита можно представить чеприроды магнитного упорядочения, так и для получения редующейся последовательностью S- иR-блоков: SRSR, магнитных материалов с заранее заданными и воспроизгде символ * означает поворот соответствующего блока водимыми свойствами.

на 180 вокруг гексагональной оси. В таких блоках реаС целью изучения влияния магнитных и диамагнитных лизуется несколько типов кислородных пустот, в которых катионов различной валентности на магнитную микрои локализуются ионы Fe и Me. Возможны три типа структуру гексаферритов типа M производилось замещеконфигураций: октаэдры 2a, 12k и 4 f2, тетраэдры 4 f1 и ние части ионов железа ионами Al3+, Ga3+, In3+ и др.

тригональная бипирамида 2b.

При этом основное внимание уделялось изоморфным Магнитная структура гексагональных ферритов обзамещениям ионов Fe3+ на диамагнитные. Однако осоусловлена суперобменным взаимодействием через ионы бый интерес представляют гексагональные ферриты типа кислорода и коллинеарна в отсутствие замещения ионов M с коррелированными неизоморфными замещениями железа диамагнитными катионами [5].

ионов железа парой Me2+–Me4+ с сохранением электроХарактерный вид мессбауэровского спектра для нейтральности.

x = 1.0 приведен на рис. 1, b. Значения локальных 2. С целью установления влияния таких замещений на магнитных полей для всех изученных образцов отражены магнитную структуру гексаферритов типа M нами провена диаграмме на рис. 2.

дены мессбауэровские исследования Mn-Ti-замещенных Существенные изменения вида мессбауэровских спекгексаферритов стронция.

тров по сравнению с незамещенным гаксаферритом Выбор объектов обусловливался тем обстоятельством, стронция начинаются со значений x = 0.5. Наблюдачто ионы Mn2+ и Fe3+ имеют одинаковую электронную ется уширение линий спектра, соответствующих пяти конфигурацию 3d5, однако в ферритах могут проявлять магнитно-неэквивалентным положениям ионов железа, неэквивалентность в магнитном отношении [2–4]. Ионы а также изменения их относительных интенсивностей.

Ti4+ диамагнитные и имеют атомную конфигурацию С ростом замещения более x = 1.0 такие изменения 3d24s2, поэтому можно ожидать различного влияния становятся особенно заметными (рис. 1, b).

комбинации этих катионов на магнитную структуру Наибольшие изменения относительной интенсивности образцов даже при одинаковом замещении. Для исследования были выбраны образцы SrFe12-2xMn2+Ti4+O19 отдельных секстетов наблюдаются для подрешетки 12k.

x При этом уменьшение интенсивности значительно пре(x = 0, 0.5, 1.0, 1.5).

Характерный вид мессбауэровского спектра SrFe12O19 вышает возможные изменения, возникающие при изменении концентрации ионов железа в составе феррита.

представлен на рис. 1, a. При комнатной температуре спектр состоит из наложения ряда зеемановских сексте- Характерным является то, что наряду с уширением тов, соответствующих различным вариантам ближайше- линий указанных выше пяти компонент в спектрах заго окружения. Исследования позволили выделить пять мещенных гексаферритов и уменьшением относительной Магнитная микроструктура в гексаферритах стронция с коррелированными... образцов в парамагнитное состояние при x > 3 [6]. Однако для исследованных нами образцов Mn–Ti-замещенных гексаферритов наблюдаемые изменения формы спектров не приводят к резкому уменьшению локальных магнитных полей (рис. 2) и, следовательно, нарушению основных обменных связей в системе. Наблюдаемое уширение линий отдельных подрешеток и появление новых компонент мессбауэровских спектров в системе SrFe12-2xMnxTixO19 можно объяснить образованием ряда дополнительных неэквивалентных положений ионов железа.

Действительно, хотя ионы двухвалентного марганца имеют ту же электронную конфигурацию 3d5, что и ионы трехвалентного железа, величина интеграла суперобменного взаимодействия Mn–O–Fe меньше, чем соответствующее значение для цепочки Fe–O–Fe. Поэтому появление ионов марганца в ближайшем катионном окружении какой-либо из подрешеток будет приводить к ослаблению магнитного взаимодействия и появлению новой подрешетки с меньшим значением локального магнитного поля.

Детальные мессбауэровские исследования марганецРис. 1. Мессбауэровские спектры незамещенного (a) и содержащих феррошпинелей показали, что ионы Mn2+ замещенного (b) гексаферрита.

обладают большой энергией предпочтения к тетраэдрическим позициям. Поскольку в гексагональных ферритах тетраэдрические позиции 4 f1 также находятся в шпинельных блоках S, следует ожидать, что при замещении интенсивности подрешетки 12k наблюдается появление двух Fe3+ парой Mn2+ с Ti4+ ионы Mn2+ будут также новой компоненты z (рис. 1, b) с малым значением лолокализоваться в основном в тетраэдрических позицикального магнитного поля и очень большой (0.9 mm/s) ях. При этом замещение в каком-либо тетраэдре из шириной линий.

ближайшего окружения иона железа, расположенного При этом наибольшее относительное изменение лов октаэдрической позиции, иона железа на ион Mn2+ кальных магнитных полей наблюдается для ионов железа приведет к уменьшению локального магнитного поля на в подрешетках 4 f1 и4 f2 (рис. 2), тогда как для подрешетядре иона железа, расположенного в данном октаэдре на ки 2a (октаэдры в шпинельном блоке) локальные поля 15-20 kOe [1,7].

на ядрах железа остаются практически неизменными во Изучение кристаллической структуры гексаферритов всем изученном диапазоне концентраций.

показывает, что позиции 4 f1 встречаются в ближайшем 3. Детальное изучение связи между значениями локатионном окружении октаэдрических позиций с краткальных магнитных полей, распределением ионов железа ностью: в окружении октаэдров 12k — три позиции, по неэквивалентным узлам и намагниченностями подрев окружении октаэдров 2a — шесть позиций. Таким шеток в незамещенных ферритах BaFe12O19 позволяет образом, появление ионов марганца в тетраузлах будет проследить за упорядоченным распределением диамагвызывать появление новых неэквивалентных октаэдриченитных ионов в структуре таких ферритов.

Так, показано, что наличие ионов In3+ приводит к резкому изменению параметров мессбауэровских спектров гексаферритов BaFe12-xInxO19 даже при малых (x < 3) концентрациях индия в составе феррита. Анализ локальных магнитных полей и относительных интенсивностей отдельных подрешеток позволил установить, что эти ионы локализуются в 2b- и 4 f1-узлах кристаллической решетки. В результате обнаружено образование неупорядоченных угловых магнитных структур в таких ферритах, что позволяет объяснить некоторые аномалии их магнитных свойств [5]. В то же время для Alзамещенных гексаферритов характерно преимущественное размещение ионов Al3+ в 2a-октаэдрах при малых замещениях. Это приводит к разрыву основных обменРис. 2. Диаграмма зависимости локального магнитного поля ных связей в магнитной структуре типа M и переходу Heff от степени замещения x.

Физика твердого тела, 1997, том 39, № 678 Ш.Ш. Башкиров, А.Б. Либерман, Л.Д. Зарипова, А.А. Валиуллин ских положений ионов железа по сравнению с магнитной Список литературы структурой магнетоплюмбита.

[1] Ш.Ш. Башкиров, А.Б. Либерман, В.И. Синявский. МагнитВ результате подрешетка 2a будет подразделятьная микроструктура ферритов. Изд-во Казан. ун-та, Казань ся на несколько подрешеток со значениями локаль(1978). 182 с.

ных магнитных полей порядка 500 kOe (6Fe3+-соседей), 4 f[2] Sh.Sh. Bashkirov, L.A. Bashkirov, A.A. Valiullin, 485–489 kOe (5Fe4 f1–Mn4 f1), 460 kOe(4Fe4 f1–2Mn4 f1) и L.D. Zaripova, A.B. Liberman.

Abstract

of the XXVII т. д. Для ионов железа, локализованных в 12k-узлах, Congress Ampere. Kazan. (1994). P. 328.

поля на ядрах, связанные с появлением ионов Mn в [3] Sh.Sh Bashkirov, A.A. Valiullin, L.D. Zaripova, A.B. Liberman, тетраэдрическом ближайшем окружении, будут лежать O.I. Boretzkaya. Abstract of the 10th Int. Conf. on Hypertine в диапазоне значений 390, 370 и 350 kOe для 1, 2 и Interaction. Leuven, Belgium (1995). P. 21-MO.

ионов марганца в позициях 4 f1 соответственно. [4] Sh.Sh. Bashkirov, L.A. Bashkirov, A.A. Valiullin, L.D. Zaripova, A.B. Liberman. Abstract of Int. Conf. on В предположении статистического распределения иоthe Applications of the Mossbauer Effect, Rimini, Italy нов по тетраэдрическим позициям относительные интен(1995). O3-C20.

сивности подрешеток с различным числом ионов Mn2+ [5] Ш.Ш. Башкиров, А.Б. Либерман, Е.Г. Грошев. Изв. РАН.

во второй координационной сфере данного октаузла Сер. физ. 56, 7, 124 (1992).

могут быть описаны выражением [6] Ш.Ш. Башкиров, А.Б. Либерман, Ча Хо Сен, Е.Г. Грошев.

ФТТ 34, 6, 194 (1992).

N [7] И.С. Любутин. Физика и химия ферритов. Изд-во МГУ, М.

P(n, x) =C xn(1 -x)N-n, n (1973). 256 с.

[8] Е.Ю. Аксенова, Е.Л. Аринкина, Ю.А. Мамалуй. УФЖ 28, где x — концентрация ионов Mn2+ в тетраэдрах бли5, 704 (1983).

жайшего окружения данного октаузла, n — число ионов Mn2+ в данной конфигурации окружения, N —общее число тетраэдров в окружении данного октаузла.

Это позволяет объяснить наблюдаемые изменения мессабауэровских спектров марганецзамещенных гексаферритов. В то же время результаты исследований свидетельствуют о заметном уменьшении интенсивности подрешетки 12k и более сильном изменении значений локальных магнитных полей для подрешеток 4 f1 и 4 f2, составляющих ближайшее окружение ионов железа в позиции 12k. На основании этого можно сделать вывод о преимущественной локализации ионов Ti4+ в данной подрешетке при малых замещениях. При этом, как и в октазамещенных шпинелях, образования новых неэквивалентных положений не происходит, а наблюдается только уменьшение значений локальных магнитных полей [8].

4. Таким образом, проведенные мессбауэровские исследования влияния коррелированных неизоморфных замещений ионов Mn–Ti на магнитную структуру гексаферритов типа M позволяют сделать следующие выводы.

1) Появление ионов марганца в тетраэдрических узлах 4 f1-решетки ферритов типа M приводит к образованию новых магнитно-неэквивалентных положений ионов железа в октаэдрах 4 f2 и 2a за счет более слабого обменного взаимодействия Mn–O–Fe (по сравнению с суперобменом Fe–O–Fe).

2) Расположение ионов титана в октаэдрических 12k-позициях при малых замещениях приводит к более сильному ослаблению взаимодействий этой подрешетки с подрешетками 4 f1 и 4 f2 за счет разрыва части обменных связей при введении диамагнитных ионов Ti4+.

3) Такое совокупное влияние ионов Mn и Ti будет приводить к уменьшению температуры Нееля при сохранении коллинеарного магнитного упорядочения вдоль оси C.

Физика твердого тела, 1997, том 39, №




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.