Состав, структура и свойства некоторых редкоземельных манганитов и материалов на их основе : Керамика, тонкие пленки и туннельные гетероструктуры

• Автор: Босак, Алексей Алексеевич
• Шифр специальности: 02.00.21, 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 191 с. : ил

1.1. СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДНЫХ ПБРОВСКИТА

1.2. МАН АНИТЫ РЗЭ

1.2.1. Редкоземельные манганиты состава ШпО

1.2.2. Редкоземельные мангани гы состава ШП2О

1.2.3. Редкоземельные манганиты состава КМптОц

1.3. НЬСТЕХИОМЕТРИЯ МАНГАНИТОВ

1.3.1. Система ЬаМпО

1.3.2. Система Ыс1Мп

1.4. СВИНЕЦСОДЕРЖАЩИЕ МАНГАНИТЫ

1.5. ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОННОГО СТРОЕНИЯ МАНГАНИТОВ

1.5.1. Эффект ЯнаТеллера

1.5.2. Обменное взаимодействие
1.5.3. Элсктронфононное взаимодействие
1.5.4. Возникновение нсоднофазных состояний в манганитах
1.6. МАГНЕТОСОПРОТИВЛЕНИВ В РОИЗВОДНЫХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МАНГАНИТОВ
1.6.1. Колоссальное магнетосопротивленне
1.6.2. Гигантское магнстосопротивлснис
1.7. ХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ ПЛЕНОК ИЗ ПАРОВОЙ ФАЗЫ
1.7.1. Выбор летучих комплексов для осаждения пленок машанмтов
1.7.2. Летучие поверхностноактивные вещества в осаждении пленок
1.8. ЭПИТАКСИАЛЬНАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ
И. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
.1. МЕТОДЫ СИНТЕЗА ИССЛЕДУЕМЫХ ВЕЩЕСТВ
II. 1.1. Синтез летучих комплексов
II. . Синтез керамических образцов нсстсхиомстричсского состава
.2. ПОЛУЧЕНИЕ ГОНКИХ ПЛЕНОК. АIIАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ МЕТОДА МОСУГ
.2.1. Установка МОСУЭ с инжекционным питателем
.2.2. Установка МОСУО с порошковым питателем
.2.3. Установка МОСУТ с комбинированным питателем
II. 3. МИКРОЛИТОГРАФИЯ
.4. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
.4.1. Характеристика состава исследуемых образцов
.4.1.1. Рентгенолокальный анализ РЛА
.4.1.2. Спектроскопия резерфордовского обратного рассеяния ЯВБ
.4.1.3. Методики химического анализа
П.4.2. Структурная характеристика
П.4.2.1. Рентгенодифракционные методы
П.4.2.2. Нейтронная дифракция
.4.2.3. Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения. Электронная дифракция
П4.2.4. Растровая электронная микроскопия ЮМ
.4.2.5. Атомносиловая микроскопия
.5. ХАРАКТЕРИСТИКА СВОЙСТВ ПОЛУЧЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ
П.5.1. Измерения электросопротивления
.5.2. Измерения магнитных свойств
.5.3. Машсторезистивные измерения
.5.4. Электронный парамагнитный резонанс. Ферромагнитный резонанс
.5.5. Спектроскопия комбинационного рассеяния
III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
III.. НЕСТЕХИОМЕТРКЯ В НЕЗАМЕЩЕННЫХ МАНГАИИТАХ РЗЭ
III. 1.1. Керамики ЯьхМлОз Я 1м, 1
1П. 1.1.1. Получение керамических образцов
III. 1.1.2. Морфология керамических образцов
III. 1.1.3. Фазовый состав. Кислородная стехиометрия
III. 1.1.4. Манитные измерения
III. 1.1.5. Резистивные измерения
1.1.2. Тонкие пленки Я.хМпО Я 1л. 1
1.1.2.1. Выбор условий синтеза. Анализ состава
III. 1.2.2. Рентгенографическое исследование пленок
III. 1.2.3. Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения.
Электронная дифракция
1.1.2.4. Магнитные измерения
1.1.2.5. Электронный парамагнитный резонанс. Ферромагнитный резонанс
III. 1.2.6. Резистивные и магнеторезистнвные измерения
1.1.3. Гексаг ональные тонкие пленки ЯМпОз
III. 1.3.1. Постановка проблемы. Выбор подложки.
.1.3.2. Выбор условий синтеза
III. 1.3.3. Рентгенографическое исследование пленок
III.1.3.4. Спектроскопия комбинационною рассеяния
III. 1.3.5. Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения.
Электронная дифракция
III. 1.3.5. Гексагональные манганиты эпитаксиальная стабилизация
III. 1.3.6. Гексагональные ферриты эпитаксиальная стабилизация
III. 1.3.7. Закономерности структуры и свойств гексагональных фаз ЯВСЬ
1.2. СТРУКТУРЫ С ТУННЕЛЬНЫМ МАГНЕТОСОПРОТИВЛЕНИЕМ
Ш.2.1. Структуры с вертикальным транспортом
1.2.1.1. Постановка проблемы
1.2.1.2. Пленки 1.а.РЬкМпОз ЬРМО
1.2.1.3. Пленки РЬхБгьжТЮ РТО
Ш.2.1.4. Многослойные структуры
Ш.2.2. Структуры с транспортом в плосхости. Туннельные переходы ттша
ступень
П1.2.2.1. Постановка проблемы
Ш.2.2.2. Выбор условий осаждения
Ш.2.2.3. Выбор топологии гетсрострукгуры
Ш.2.2.4. Рснтгсно1рафическос исследование
Ш.2.2.5. Матнеторстистивныс измерения
ВЫВОДЫ
ПРИЛОЖЕИЕI. Гексагональные тонкие пленки ЯЕсО.
ПРИЛОЖЕНИЕ II. Теоретикогрупповой анализ искажений, индуцированных
полем напряжений в пленках ПРИЛОЖЕНИЕ III. Получение и исследование летучих комплексов марганца
ЛИТЕРАТУРА


Вес редкоземельные мангашггы состава ЯМпО принадлежат к двум структурным типам перо вс кита и 1. Мп0з. Стабильность той или иной структуры определяется, в часпюсти. В рассмотрение включены также скандий н иттрий как близкие но кристаллохимическим характеристикам. Таблица 1. Ьа 1. ТЪ 1. Се 1. Ру 1. Рг 1. Но 1. Ег 1. Тга 1. Ей 1. УЬ 1. Ьи 1. У 1. Наибольший разброс литературных данных имеет место для манганигов Ьа и 1. ЯМпСЬ см. Рис. Структура псровскита в нормальных условиях остается стабильной в области ионных радиусов гигЛгоу 6, что соответствует толерантным факторам 0. Псровскит орторомбически искажен, тип искажения соответствует пространственной группе Рпти аОООЬЬ. Структурные особенности были подробно исследованы дифракционными методами, в частности, в работе при помощи нейтронной дифракции изучалось ЯнТеллеровскос искажение октаэдров МпО. Орторомбичсское искажение, как и следовало ожидать, нарастает с уменьшением ионного радиуса редкой земли рис. ЮОБ. Рис. Магнитная структура стехиометрических манганитов со структурой типа нсровскига соответствует антиферромапштному упорядочению магнитных моментов ионов Мп3 в слоях моменты направлены параллельно, но моменты соседних слоев антипараллсльны. В отдельных случаях сообщалось о проявлении слабою ферромагнетизма ДзялошинскогоМориа информация о магни тном вкладе Аподрешетки весьма ограниченна. Температура Несля варьирует в ряду РЗЭ от 0К. ЬаМпОэ до К ОбМпОзХ для РЗЭ матого радиуса она не превышает нескольких градусов 8. С уменьшением ионного радиуса 1 до гщ, и ниже стабильной становится структура типа пространственная группа Рбст, . Такая структура может быть описана как плотная шаровая упаковка ионов кислорода АВСАСВ, где иоггьг Мп имеют КЧ5 тригональная бипирамида и 3 КЧ7 одношапочный октаэдр. Схема предегавлена на рис. Рбуст по сути соответствует свсрхструктурс относительно ячейки Рбуттс с тем же мотивом. Не вполне понятен факт появления стабильной гексагональной структуры именно в манганитах для других Збэлементов стабильны именно перовскнтньге фазы. На рис. А и г. Рис. Схема кристаллической структуры ЬиМпОз

Рнс. Зависимость нормированного объема элементарной ячейки аг толерантною фактора в сериях ЯВО. Ячейка нормируется на объем неискаженной перо вс килюй сетки УипШ. ЯВ ЯСО. Предложенное 6 объяснение на основе эффекта ЯнаТсллсра. Граница устойчивости двух модификаций проходит в районе гл1. А УМпОз и ИуМпОз. Обе модификации УМпОз удавалось выделить из флюса при практически идентичных условиях 6 гу1. А стабильна гексагональная фаза гексагональная форма ПуМпОя может быть получена закалкой с ТоС II гру1. А стабилен перовскит. Легко может быть понята возможность синтеза перовскитных мангашпов конца ряда под высоким давлением гексагональные модификации имеют плотность на ниже, чем псровскитныс. Также удавалось получить псровскитные манганит конца ряда методами мягкой химии, в частности пиролизом смешанных нитратных прекурсоров И, . Магнитное упорядочение в гексагональных фазах исследовалось методами нейтронной дифракции и спектроскопии второй гармоники , . Мп, но соотнести магнитные структуры соседних слоев впервые удалось только спектроскопическим методом. Схемы возможною расположения магнитных моментов даны на рис. В действительности, повидимому, реализуется только модель типа а. Рис. Температурные измерения магнитной восприимчивости дают достаточно мало полезной информации 8 причем результаты сильно зависят от техники эксперимента и. Но данным нейтронной дифракции и Мессбауэровской спектроскопии на 5 Резамещенных составах температура основного антиферромагнитного перехода растет от К Но до К Ьи и в отдельных случаях структура при понижении температуры претерпевают дальнейшие изменения, связанные со смещением угла р рис. Впоследствии данные были несколько уточнены . Максимальной температурой Нееля. К. обладает ВсМпОз . Тот факт, что Р6ст является нецентросимметричной группой, допускает появление в гексагональных мннганктах сегнетоэлекгрнческих свойств . Для наиболее исследованного УМпОз температура перехода в иаратлсктрик Рвуттс превышает 0К.