Фазовые состояния твердых растворов феррит висмута-манганит иттрия

• Автор: Назаренко, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 115 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Особенности структур твердых растворов на основе В1Ре03 и УМп
(литературный обзор)
1.1 Структурные эффекты катионных замещений В В1Ре
1.1.1 Структура и физические свойства В1Ре
1.1.2 Фазы твердых растворов на основе В1Ре
1.1.3 Эффекты замещений Ре в В1Ре
1.2 Мультиферроик УМп03 и твердые растворы на его основе
1.2.1 Особенности структур и физических свойств УМп
1.2.2 Твердые растворы У!_хЛ£хМп03 (ЕЕ - редкоземельные элементы)
1.2.3 Эффекты замещений Мп в УМп
1.3 Выводы раздела
2 Приготовление объектов исследований и методы их характеризации
2.1 Твердофазный синтез составов (1-х)В1Ре03 - хУМп
2.2 Рентгеноструктурный анализ образцов
2.3 Матричное описание деформаций октаэдрических полиэдров
2.4 ЭПР-спектроскопия Мп- и Ре-содержагцих ферроиков
2.5 Выводы раздела
3 Фазовые переходы в УМп03 (Ь)
3.1 Температурные зависимости структурных, магнитных и диэлектрических параметров УМп03 (литературные данные)
3.2 Изменения структуры УМп03 в области 20 < Т< 950 °С
3.3 Особенности фазовых переходов в УМп03 (выводы раздела)
4 Структурные характеристики фаз системы (1-х)В1Ре03-хУМп
в системе (1-х)В1Ре03-хУМп
4.1 Концентрационные зависимости структурных параметров
в системе (1-х)В1Те03-хУМп
4.2 Выводы раздела
Заключение
Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Среди многих задач в физике конденсированного состояния в настоящее время обращается особое внимание на проблему сосуществования сегнетоэлектрических и ферромагнитных свойств в мультиферроиках. Развитие физических моделей соответствующих состояний базируется на результатах многочисленных экспериментальных исследований мультиферроиков и твердых растворов на их основе. При этом применяются теории как феноменологического характера с анализом фазовых переходов по Ландау, так и микроскопические подходы с анализом электронных состояний.
Особенности фазовых состояний твердых растворов и их изменений как в зависимости от состава, так и от различных внешних воздействий (температура, давление, электрические и магнитные поля и др.) принято описывать различными параметрами порядка. Поэтому информация о структурах твердых растворов и их изменениях необходима.
Считается надежно установленным, что сегнетоэлектрические свойства ЕЛРеОз определяются особенностями взаимодействия В! и О. Соединение УМпОз является несобственным сегнетоэлектриком, в котором сегнетоэлектрические свойства обусловлены малыми смещениями ионов иттрия в структуре гексагонального типа в результате поворотов марганец -центрированных кислородных бипирамид. Магнитные свойства ЕНРеОз и УМпОз определяются обменными взаимодействиями ^-элементов (Ре, Мп). Выбор в качестве компонентов твердых растворов BiFeOз и УМпОз представляет интерес с точки зрения изучения взаимного влияния разных механизмов проявления сегнетоэлектричества и магнетизма.
Как показывают исследования многочисленных двойных твердых растворов на основе В1Ре03 или УМпС)3, малые концентрации вторых компонентов (до 10 - 15 %) приводят к понижению температур фазовых переходов. Большие концентрации вторых компонентов в разных системах
приводят к достаточно резким изменениям всех структурных параметров (симметрия, длины межатомных связей и валентные углы, параметры и объемы элементарных ячеек). Особый интерес представляют составы твердых растворов с соотношениями компонентов равных или близких к 1:1, 1:2, 1:3. Как правило, именно, такие составы характеризуются экстремальными свойствами. Эти особенности, скорее всего, связаны с явлением порядка-беспорядка и нуждаются в развитии теоретических представлений. Кроме того, до сих пор не известны какие-либо
исследования составов твердых растворов (1-х)В1Ре03 - хУМп03.
Таким образом, получение и изучение твердых растворов системы (1-х)В1Ре()3 - хУМп03 позволит выявить закономерности концентрационных изменений структуры и свойств, связанных с взаимодействиями разных параметров порядка, и поэтому тема диссертации является актуальной.
Цель работы: определить особенности структурных состояний твердых растворов феррита висмута - манганита иттрия, (1-х)ВП;е()3 - хУМп03.
Для ее достижения решались следующие задачи:
•Провести анализ литературных данных по твердым растворам на основе В1Ре03 и УМп03.
•Изучить температурные изменения структурных состояний УМп03.
•Изучить особенности структурообразования составов твердых растворов (1 -х)В1ре()3 - хУМп03 при разных температурах синтеза.
• Определить концентрационные зависимости параметров элементарных ячеек, длин межатомных связей и валентных углов образующихся фаз.
• Изучить зависимости параметров электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) от составов твердых растворов.
Объекты исследований:
• УМп03 - гексагональная фаза
• Составы системы твердых растворов (1-х)В1Ре03 - хУМпОэ: О <х< 0.8, Ах = 0.1.

Составы BiFeo.5Mno.5O3 в тонкопленочном виде изучались в [71, 72]. Естественно, в этих работах главное внимание уделялось отработке приготовления тонких пленок. И в работе [71], и в [72] в качестве подложек использовались кристаллы 8гТЮ3. Изучение магнитных и магнито -оптических свойств пленок BiFeo.5Mno.5O3 [71] показало, что эти пленки при 5 К имеют намагниченность 5.4 ети/ст3 в поле 9 кЭ. Оптические константы (п ~ 2.85) заметно изменяются с изменениями длины волны с резкими скачками поглощения света в области А ~ 500 нм. Расчетами энтальпии образования состава BiFeo.5Mno.5O3 показано, что с учетом упорядочения Ре3+ и Мп3+ наиболее вероятной пространственной группой симметрии является пространственная группа С2. Однако анализ валентных состояний ионов Мп и Ре (2+, 3+ и 4+) этот вывод делает недостаточно надежным. Важно отметить, что в [71] модельные расчеты сделаны без учета состояний BiFeo.5Mno.5O3 в тонких пленках.
Тонкие пленки BiFeo.5Mno.5O3 изучаемые в [72] по электросопротивлению (~ 105 О), мало отличались от чистого ЕЙГе03. В этих пленках наблюдался четкий магнитный гистерезис при комнатной температуре.
Керамические образцы нескольких составов системы В1Ре1.хМпх03 (х = 0; 0.1; 0.2; 0.3; 0.4) изучались в работе [73]. Во всех составах с х>0 присутствовали примесная фаза ЕИ2Ре409, а в составе с х = 0.4 и фаза В125ре04о. Об образовании твердых растворов свидетельствуют монотонные уменьшения параметров (и объемов) элементарных ячеек с увеличением х. Измерения диэлектрических проницаемостей обнаружило сильную их частотную зависимость при комнатной температуре. Диэлектрические потери сильно уменьшались с увеличением частот измерительного поля, что авторы относят не к диэлектрическим свойствам образцов, а к проводимости. Отмечается, что с увеличением содержания Мп в составах их электропроводимость уменьшается. Изучение магнитных свойств показало,