A vas szerepe a La 0.8 Sr 0.2 Fe x Co 1-x O 3-δ perovszkitok különleges elektromos vezetési és mágneses tulajdonságainak kialakulásában Németh Zoltán Eötvös.

Az előadások a következő témára: "A vas szerepe a La 0.8 Sr 0.2 Fe x Co 1-x O 3-δ perovszkitok különleges elektromos vezetési és mágneses tulajdonságainak kialakulásában Németh Zoltán Eötvös."— Előadás másolata:

1 A vas szerepe a La 0.8 Sr 0.2 Fe x Co 1-x O 3-δ perovszkitok különleges elektromos vezetési és mágneses tulajdonságainak kialakulásában Németh Zoltán Eötvös Loránd Tudományegyetem Magkémiai Tanszék Őszi Radiokémiai Napok, Eger, 2004. október 14.

2 mágneses ellenállás, ahol –MR a negatív mágneses ellenállás, –  0 az elektromos ellenállás külső mágneses tér nélkül, és –  H az elektromos ellenállás H külső mágneses tér jelenlétében

3 mágneses ellenállás a gyakorlatban mágneses adattárolók –http://www.seagate.com/support/kb/disc/tp/index.htmlhttp://www.seagate.com/support/kb/disc/tp/index.html –http://www.research.ibm.com/research/gmr.htmlhttp://www.research.ibm.com/research/gmr.html –„Beyond GMR, the next step in hard drive technology will be “Synthetic Spin Valve” GMR or Colossal MR (CMR). This development is underway utilizing materials and layers yet being proven in research labs.” – Western Digital jelentés 1999.) mágneses szenzorok (pl. http://www-1.ibm.com/technology/ourwork/casestudies/gmr.shtml)http://www-1.ibm.com/technology/ourwork/casestudies/gmr.shtml

4 kolosszális mágneses ellenállás A La 0.75 Ca 0.25 MnO 3 perovszkit elektromos ellenállása a hőmérséklet és a külső mágneses tér függvényében [Millis, Nature 392 1998. p147.]

5 kobalt alapú perovszkitok La 1- y Sr y CoO 3 : mágneses ellenállás a Curie-hőmérséklet körül + mágneses ellenállás alacsony hőmérsékleten félvezető ↔ szigetelő, és mágneses ↔ paramágneses átmenet ugyanazon a hőmérsékleten

6 kobalt alapú perovszkitok A La 1-y Sr y CoO 3 perovszkit mágneses ellenállása a hőmérséklet függvényében [Golovanov et al., Phys. Rev. B 55 (13) 1996. p8207.]

7 kobalt alapú perovszkitok La 1- y Sr y CoO 3 : mágneses ellenállás Curie-hőmérséklet körül + mágneses ellenállás alacsony hőmérsékleten félvezető ↔ szigetelő, és mágneses ↔ paramágneses átmenet ugyanazon a hőmérsékleten

8 kobalt alapú perovszkitok A La 1-y Sr y CoO 3 perovszkit fázisdiagramja [Wu et al., Phys. Rev. B 67 2003. p174408.] y

9 vastartalmú kobalt alapú perovszkitok La 1- y Sr y CoO 3 La 0.8 Sr 0.2 Fe x Co 1- x O 3- δ A La 1-y Sr y Fe x Co 1- x O 3- δ perovszkitok mágneses ellenállása [ Golovanov et al., Phys. Rev. B 55 (13) 1996. p8207. ill. Barman et al., Appl. Phys. Lett. 71 (21) 1997. p3150.]

10 vastartalmú kobalt alapú perovszkitok Milyen formában épül be a vas a kobalt alapú perovszkitokba? Milyen a mágneses szerkezete a La 0.8 Sr 0.2 Fe x Co 1- x O 3- δ perovszkitoknak? Milyen módon befolyásolja a vas a La 0.8 Sr 0.2 Fe x Co 1- x O 3- δ összetételű anyagok mágneses ellenállását?

11 vizsgálati módszerek por röntgendiffrakció AC mágnesezettség transzmissziós 57 Fe Mössbauer-spektroszkópia emissziós 57 Fe Mössbauer-spektroszkópia mágneses ellenállás

12 röntgendiffrakció A La 0.8 Sr 0.2 57 Fe 0.05 Co 0.95 O 3- δ perovszkit röntgendiffraktomja

13 mágneses szuszceptibilitás A La 0.8 Sr 0.2 Fe x Co 1- x O 3- δ AC mágneses szuszceptibilitásainak képzetes része

14 transzmissziós 57 Fe Mössbauer-spektrumok La 0.8 Sr 0.2 57 Fe 0.05 Co 0.95 O 3- δ La 0.8 Sr 0.2 Fe 0.3 Co 0.7 O 3- δ

15 szobahőmérsékleti 57 Fe Mössbauer-paraméterek x 0,0250,050,200,30 T / K293290293290  / mm s -1 0,328(1)0,294(1)0,297(2)0,322(2)  / mm s -1 0,207(7)0,189(2)0,275(4)0,366(4) La 0.8 Sr 0.2 Fe x Co 1- x O 3- δ

16 következtetések 1 a vas a vizsgált La 0.8 Sr 0.2 Fe x Co 1- x O 3- δ perovszkitokban nagy spinű 3+ oxidációs állapotban van a 57 Fe Mössbauer-spektroszkópiai mérések megcáfolták azt az irodalomban talált feltételezést, miszerint a La 0.8 Sr 0.2 Fe x Co 1- x O 3- δ perovszkitokban a vas 4+ oxidációs állapotú [L.-W. Tai, et al., Solid State Ionics 76 1995. p259.]

17 dublett kvadrupólus-felhasadása és vonalszélessége La 0.8 Sr 0.2 Fe x Co 1- x O 3- δ

18 dublett izomereltolódása La 0.8 Sr 0.2 Fe x Co 1- x O 3- δ

19 következtetések 2 a La 0.8 Sr 0.2 Fe x Co 1- x O 3- δ (x = 0,025…0,30) perovszkitok 57 Fe Mössbauer-paramétereinek kb. 160 K-nél talált viselkedése arra utal, hogy ezen a hőmérsékleten a vas ionok rezgési állapota megváltozik a rezgési állapotnak ez a megváltozása jól magyarázható a vasmentes kobalt perovszkitokra jellemző elektron-lokalizációval, és az ezzel járó kristályszerkezet-torzulással [R. Caciuffo, et al., Phys. Rev. B 59 (2) 1999. p1068.]

20 transzmissziós 57 Fe Mössbauer-spektrumok La 0.8 Sr 0.2 57 Fe 0.05 Co 0.95 O 3- δ La 0.8 Sr 0.2 Fe 0.3 Co 0.7 O 3- δ

21 a mágneses Mössbauer-komponens kialakulása

22 átlagos mágneses tér La 0.8 Sr 0.2 Fe x Co 1- x O 3- δ

23 mágnesestér-eloszlás 1 La 0.8 Sr 0.2 57 Fe 0.05 Co 0.95 O 3- δ

24 mágnesestér-eloszlás 2 La 0.8 Sr 0.2 Fe 0.30 Co 0.70 O 3- δ

25 mágnesestér-eloszlás 4,2 K-en La 0.8 Sr 0.2 Fe x Co 1- x O 3- δ

26 következtetések 3 a 57 Fe Mössbauer-paraméterek 160 K körüli változása, a Mössbauer-szextettek mágneses rendeződési hőmérséklet alatt megfigyelhető kialakulása, valamint a még 4,2 K-en is megfigyelhető mágnesestér-eloszlásfüggvény jól magyarázható mágneses klaszterek kialakulásával [R. Caciuffo, et al., Phys. Rev. B 59 (2) 1999. p1068.]

27 következtetések 4 a mágneses rendeződési hőmérséklet csökkenése a növekvő vastartalommal arra utal, hogy a vas ionok bevitele csökkenti a kobalt klaszterek átlagos méretét a Mössbauer-spektroszkópiai és AC mágneses szuszcep- tibilitás mérések azt mutatják, hogy a La 0.8 Sr 0.2 Fe x Co 1- x O 3- δ (x = 0,025…0,30) perovszkitok mágneses szerkezete kb. 60 K alatt spin klaszter üveg jellegű

28 emissziós 57 Fe Mössbauer-spektrumok 57 Co Mössbauer forrás beépítése a kobalt helyekre az emissziós Mössbauer-spektrum megfelelő kalibrálás után közvetlenül összehasonlítható a transzmissziós 57 Fe Mössbauer-spektrumokkal de ! az emissziós Mössbauer-spektrum a kobalt ionok kémiai környezetére jellemző

29 emissziós 57 Fe Mössbauer-spektrumok La 0.8 Sr 0.2 57 Fe 0.05 Co 0.95 O 3- δ

30 mágnesestér-eloszlás emissziós és transzmissziós mérés esetén La 0.8 Sr 0.2 57 Fe 0.05 Co 0.95 O 3- δ

31 következtetések 5 az alacsony hőmérsékletű emissziós 57 Fe Mössbauer- spektrum mágnesestér-eloszlása szintén azt mutatja, hogy a vas ionok a mágneses klasztereket kisebb darabokra törik szét

32 mágneses ellenállás La 0.8 Sr 0.2 57 Fe 0.05 Co 0.95 O 3- δ

33 következtetések 6 a La 0.8 Sr 0.2 Fe x Co 1- x O 3- δ perovszkitok mágneses ellenállása (makroszkópikus tulajdonság) és a mágneses klaszterek (mikroszkópikus szerkezet) ugyanazon a hőmérsékleten jelennek meg a mágneses ellenállás a spin klaszter üveg állapotban még intenzívebben nő

34 összefoglalás 1 a vas kationok nagy spinű 3+ oxidációs állapotban vannak jelen a La 0.8 Sr 0.2 Fe x Co 1- x O 3- δ (x = 0,025…0,30) összetételű perovszkitokban kb. 150 K körül mágnesesen rendezett klaszterek kezdenek kialakulni kb. 60 K alatt spin klaszter üveg állapot jön létre

35 összefoglalás 2 a vas ionok a mágneses kobalt klasztereket kisebb darabokra törik szét a La 0.8 Sr 0.2 Fe x Co 1- x O 3- δ (x = 0,025…0,30) perovszkitok mágneses ellenállása összefüggésbe hozható a mágneses klaszterek kialakulásával és méretével, melyeket a kobalt ↔ vas csere jelentősen befolyásol

36 munkatársak ELTE TTK Magkémiai Tanszék: –Klencsár Zoltán, Kuzmann Ernő, Homonnay Zoltán ATOMKI Debrecen: –Mészáros Sándor, Hakl József, Vad Kálmán Johannes Kepler Universität (Linz, Ausztria): –B. Lackner, K. Kellner, G. Gritzner Université du Maine (Le Mans, Franciaország): –J.M. Greneche

37 főmunkatárs Boldog születésnapot, tanár úr!