Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис.1. Структура манганитов семейства Ca(Mn,Cu)7O12
Рис.2. Схема фазовых соотношений, политермическое
сечение CaMn7O12 – CaCu3Mn4O12 в кислороде
Рис.3. Магнеторезистивные свойства CaCuMn6O12

Знакомые незнакомцы: медь-содержащие КМС манганиты

Ключевые слова:  магнеторезистивные материалы , манганит, периодика, эффект гигантского магнетосопротивления

Автор(ы): Гудилин Евгений Алексеевич, Иткис Даниил Михайлович, Померанцева Е. А.

Опубликовал(а):  Иткис Даниил Михайлович

11 февраля 2007

Открытие эффекта гигантского магнетосопротивления (ГМС) повлекло за собой стремительный поиск и изучение обладающих им материалов в связи с возможностью их применения в устройствах нового поколения для считывания и хранения информации, а также сенсорах магнитного поля.

Технология производства современных головок для считывания магнитной записи в компьютерных жестких дисках уже сейчас активно использует магнеторезистивные материалы на основе многослойных металлических сплавов. Кроме того, существуют и другие перспективы примениния в различных областях: от создания магнитной оперативной памяти (IBM, Motorola) и производства устройств, снижающих шумы в коммуникационных сетях, до измерения линейных углов между предметами по средствам магнитного поля и специальных сенсоров (Philips).

Спустя некоторое время в семейсве манганитов с общей формулой Ln1- xAxMnO3 (Ln – РЗЭ, A – щелочной или щелочно- земельный элемент), имеющих структуру перовскита, был обнаружен эффект падения сопротивления во внешнем магнитном поле. По ставнению с многослойными металлическими материалами, где сопротивление плавно увеличивается с понижением температуры в манганитах имеется максимум на температурной зависимости магнетосопротивления, лежащий в области ферро-/антиферромагнитного упорядочения. Детальное исследование эффекта позволило предположить, что для этого класса материалов основным механизмом преноса заряда является механизм двойного обмена Mn3+-O-Mn4+. Ввиду специфических особенностей эффекта в манганитах, он получил название эффекта колоссального магнетосопротивления (КМС). Позже были обнаружены и другие семейства материалов, обладающих эффектом КМС: La1-xAxCoO3, халькогениды на основе хрома, семейство пирохлора Tl2Mn2O7 и др.

Одним из недавних успехов в области изучения КМС материалов было открытие нового семейства манганитов CaCuxMn7-xO12 [1-3], обладающего рядом преимуществ по сравнению с ранее изученными системами: для этого семейства характерана большая чувствительность к изменению магнитного поля даже при невысоких его значениях и лучшая температурная стабильность эффекта, что, несомненно, жизненно важно для будущих практических применений.

Твердый раствор CaCuxMn7-xO12 относится к соединениям со структурой двойного искаженного перовскита AA'3B4O12 (Рис.1). Эта интересная структура может быть представлена в виде каркаса, состоящего из октаэдров BO6, которые при сочленении вершинами образуют туннели, в которых размещаются катионы A и A’. При этом происходит наклон октаэдров BO6 по сравнению с положением в структуре идеального перовскита, за счет чего образуются две позиции с различным окружением: 12-ти координированная позиция A, занимаемая катионами Ca2+ и более искаженная позиция A' с координацией 4+4+4, в которой находятся Ян- Теллеровские катионы Mn3+ и Cu2+. В отаэдрах BO6 расположены катионы Mn3+ и Mn4+, причем с ростом степени замещения марганца на медь количество Mn4+ растет.

Синтез соединений в системе Ca-Mn-Cu-O затруднен и проводился до сих пор в запаянных ампулах или в автоклавах. Рассмотрев «за» и «против», в лаборатории неорганического материаловедения Химического факультета МГУ была предпринята оказавшаяся успешной попытка систематического изучения области существования этого перспективного твердого раствора [2, 3]. Как было достаточно быстро установлено, для его синтеза нет необходимости использовать «неудобные методы» ампульного синтеза или синтеза под высоким давлением. Все дело оказалось, как всегда, в правильном выборе реагентов и организации реакционной зоны! Так, было установлено, что составы вплоть до степени замещения x=1.5 можно получить простым отжигом таблеток, полученных из Рис.3. Магнеторезистивные свойства CaCuMn6O12 предварительно гомогенизированных порошков с добавлением 10 масс.% минерализатора (KCl), в токе кислорода (рис.2).

К сожалению, полученные таким способом образцы обладали довольно пористой микроструктурой, что делает из непригодными для измерения магнеторезистивных свойств. Применение методики «теплого» прессования (при 250-400°С) механоактивированных образцов (1-2 часа помола в микромельнице планетарного типа) оказалось именно тем решением проблемы, которое привело к успеху, то есть к получению плотной керамики, гарантирующей большую плотность межзеренного контакта. В результате было достигнуто рекордное для данного класса КМС манганитов магнетосопротивление -58% при температуре 35К в поле 5Т (рис.3). Сообщаемые ранее значения не превышали -30% даже при более низких температурах [1]. Температурная зависимость магнетосопротивления для твердого раствора CaCuxMn7-xO12 не обладает максимумом в области магнитного упорядочения в отличие от хорошо изученных (Ln,A)MnO3 фаз. Скорее всего, магнетосопротивление осуществляется не по механизму двойного обмена, а является так называемым туннельным магнетосопротивлением (ТМС), поэтому микроструктурная организация материала оказывается архиважной. В этом смысле рассматриваемые манганиты и ВТСП – товарищи по несчастью. И не только потому, что оба семейства содержать «капризную» медь, но еще и потому, что оба требуют наличия хорошо развитых фазовых контактов, а еще лучше – двуосного текстурирования. Однако, для керамических КМС – манганитов этот путь еще не пройден. Будем надеятся...

Литература:

  1. Z. Zeng, M.Greenblatt, J.E. Sunstrom, M.Croft, S.Khalid // J. Sold State Chem. v.147, pp. 185-198 (1999).
  2. Е.А.Померанцева, Д.М.Иткис, И.А.Пресняков, Е.А.Гудилин, Дж.Хестер, Н.Н.Олейников, Ю.Д.Третьяков, ЛОКАЛЬНАЯ СТРУКТУРА КАРКАСНЫХ МАНГАНИТОВ Ba6Mn24O48 и CaMn7O12, ДАН, 2002, т.387, н.2, с.311
  3. 3. Е.А.Померанцева, Д.М.Иткис, Е.А.Гудилин, М.В.Макарова, М.В.Лобанов, Н.Н.Олейников, Ю.Д.Третьяков, Синтез и свойства твердого раствора CaCuxMn7-xO12 с колоссальным магнетосопротивлением, Доклады Академии Наук, 2003, т.388, н.3.



Средний балл: 9.0 (голосов 1)

 



Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Хвостатые нанопирамидки
Хвостатые нанопирамидки

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.