Влияние высокого давления на кристаллическую и магнитную структуру манганита Pr 0.7 Sr 0.3 MnO 3

1. Влияние высокого давления на кристаллическую и магнитную структуру манганита Pr0.7Sr0.3MnO3 Н.Т. Данг1),2), Д.П. Козленко1),L.S.Dubrovinsky1), С.Е. Кичанов1), Е.В.Лукин1), Б.Н. Савенко1) 1) Объединенный институт ядерных исследований, 141980, Дубна, Россия 2) Тульский государственный университет, 300600, Тула, Россия 3)Bayerisches Geoinstitute, University Bayreuth, D-95440 Bayreuth, Germany

2. Перовскитоподобные манганиты A1-xBxMnO3 Перовскитоподобные манганиты проявляют большое разнообразие физических свойств в зависимости от типа A, B - элементов и степени легирования х. Сильная корреляция магнитных, электронных и транспортных свойств манганитов приводит к их высокой чувствительности к внешним воздействиям – изменению температуры, приложению магнитных полей и высокого давления. La0.67Ca0.33MnO3при магнитных полях La0.67Ca0.33MnO3при давлениях J.M.De Teresa et al., Phys. Rev. B 54, 1187 (1996).

3. Магнитные свойств манганитов • Магнитные свойства манганитов Pr1-xSrxMnO3 определяются балансом двух конкурирующих взаимодействий – двойного обмена, связанного с выигрышем в кинетической энергии за счет переноса делокализованных электронов в цепочках и способствующего ферромагнитному (ФМ) упорядочению магнитных моментов Mn, и антиферромагнитного (АФМ) сверхобмена между магнитными моментами Mn, сформированными локализованными электронами. • ФМ и АФМ взаимодействия зависят от межатомных расстояний Mn-O и валентных углов Mn-O- Mn. • Воздействие высокого давления является прямым методом контролируемого изменения магнитных взаимодействий за счет вариации межатомных расстояний и углов. • Структурные исследования при высоких давлениях дают уникальную возможность изучения взаимосвязи изменений структурных параметров кристалла, межатомных расстояний и углов с изменениями магнитной структуры и макроскопических свойств (магнитных и транспортных), что необходимо для понимания природы и механизмов физических явлений, наблюдаемых в манганитах.

4. Цель работы: исследование влияния высокого давления на кристаллическую, магнитную структуру и рамановский спектр манганита Pr0.7Sr0.3MnO3 методам рентгеновской и нейтронной дифракции и Рамановспектрокопии Экспериментальные установки: • Эксперименты по нейтронной дифракцийпроводились с помощьюспектрометра ДН-12 импульсного высокопоточного реактора ИБР-2 (ЛНФ им. И.М. Франка, ОИЯИ, Дубна) с использованием камер высокого давления с сапфировыми наковальнями в диапазоне температур 10 – 295 К и внешних высоких давлений до 5 ГПа. • Эксперименты по рентгеновской дифракций в диапазоне давлений до 28 ГПа при комнатной температуре проводились с помощью специального дифрактометра, состоящего из высокопоточного генератора рентгеновского излучения FRD (Mo K - излучение с =0.7115), фокусирующей оптической системы FluxMax и детектора Bruker APEX CCD. • Спектры Pамановского рассеяния света измерялись на спектрометре LabRam (NeHe-лазер с длиной волны 632 нм, конфокальная щель 110 мкм и 50 объектив) до 28 ГПа. Анализ дифракционных данных производился методом Ритвельда с помощью программ MRIA (кристаллическая структура) и FullProf (магнитная структура).

5. Спектры нейтронной дифракцией

7. Ed(z2) Ed(z2) Ed(x2-y2) Ed(x2-y2) Ideal Cubic: lMn-O1/lMn-O2 = 1 Анизатропное. Сжатие вдольоси b: lMn-O1/lMn-O2 < 1 Z.Fang, V.I.Solovyev, and K.Terakura, Phys. Rev. Lett. 84 3169 (2000) Орбитальное упорядочение АФМ А-типа Структура АФМ А-типа при высоких давлениях

8. При повышении давлении происходит увеличение объемной доли АФМ фазы А-типа, что свидетельствует о усилении АФМ сверхобмена. Установлена ТN=152(4)K при Р=4.5 ГПа.

9. Температура фазового перехода в ФМ состояние линейно увеличивает с барическим коэффициентом dTc./dP ≈2.2K/ГПа

10. В рамках модели двойного обмена температура фазового перехода в ФМ фазу пропорциональна величиной ширины зоны носителей заряда W: TC~W гдеkMn-O– среднеезначениесжимаемостидлинсвязей , φMn-O-Mn– среднеезначениеуглаиегосжимаемость Рассчитанное на основе полученных барических зависимостей структурных параметров значение dTc/dP=3K/ГПа близко к экспериментальномуdTc/dP=2.2K/ГПа.

11. Спектры рентгеновской дифракцией при высоких давлениях

12. Уравнение состояния Birch–Murnaghan: B0=120(4) ГПа Pnma B0=170(4) ГПа Imma где

13. Рамановские спектры манганита при различных давлениях при комнатной температуре

14. Заключение Результаты настоящей работы показывают, что : • При давлении P 7 ГПа наблюдается структурный фазовый переход из орторомбической фазы с пространственной группой Pnma в орторомбическую фазу высокого давления с симметрией Imma. • При воздействии внешнего высокого давления в манганите происходит изменение магнитного состояния с ферромагнитного на антиферромагнитное А-типа. ФМ и АФМ фазы сосуществуют друг с другом в исследуемом диапазоне давлений. С повышением давления происходит постепенное уменьшение объема ФМ фазы и увеличение объема АФМ фазы. • Увеличение температуры Кюри для ФМ фазы, наблюдаемое в эксперименте, может быть объяснено в рамках модели двойного обмена.

15. Спасибо за внимание