Главная | Обратная связь

Билет 9: Оксидные магнитные материалы, эффект колоссального магнетосопротивления

Оксидные магнитные материалы – в основном ферриты вида n MO_x * Fe₂O₃ - делятся на:

· Шпинели (AFe₂O₄)

A - Ni²⁺, Co²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Mg²⁺, Li⁺, Cu²⁺. Структура шпинели: куб из 8 молекул AB2O4, 32 кислорода образуют кубическую ПШУ, в которой 64 тетраэдрические и 32 октаэдрические пустоты. В магнитных шпинелях 8 тетраэдрических пустот занято 3-х зарядным металлом, 16 октаэдрических – пополам 3-х и 2-х зарядными. Магнитные свойства шпинелей обусловлены антипараллельностью спинов двух электронов в тетраэдрических позициях четырем электронам в октаэдрических.

· Гексаферриты (MO * 6 Fe₂O₃)

М: Sr, Ba, Pb. Элементарная ячейка гексаферрита выглядит как два шпинельных блока, разделенных между собой ионами M²⁺, Fe³⁺, O^2-. Гексаферрит изоморфен магнетоплюмбиту (примерная структура - Pb₂Fe₁₅Mn₇AlTiO₃₈). Кристаллическая структура магнетоплюмбита может быть представлена комбинацией двух типов блоков: шпинельных блоков S (с осью [111], направленной вдоль оси с кристаллической решётки) и гексагональных блоков R. Блок S состоит из двух слоёв атомов кислорода, содержащих 8 ионов кислорода и 6 ионов железа. Блок R состоит из трёх кислородных слоёв и содержит 11 ионов кислорода, 6 ионов железа и один ион М²⁺. Блоки чередуются в структуре по типу SRS^*R^*, где S^* и R^* блоки повернуты на 180° относительно предыдущих.

Ионы железа расположены в гексаферрите в пяти различных кристаллографических позициях: двух октаэдрических, двух тетраэдрических и одной тригонально-бипирамидальной. Магнитные свойства возникают за счет некомпенсированных магнитных моментов ионов железа в 1 бипирамидальной, 1 тетраэдрической и 2 октаэдрических положениях.

· Ортоферриты (RFeO₃), манганиты (RMnO₃)

Ортоферриты и манганиты обладают (искаженной для манганитов) решеткой перовскита. R расположены в кубооктаэдрах; В – в октаэдрах, вместе с кислородами образует ортогональную сетку.

· Гранаты (R₃Fe₅O₁₂ – R₃Fe₂Fe₃O₁₂)

Кристаллическая решетка – кубическая, пустоты – тетраэдры (d), октаэдры (a) и нечто непонятное восьмикратное (c) (видимо, куб). В октаэдрах и тетраэдрах расположены Fe³⁺, спины электронов в двух подрешетках антипараллельны, причем в тетраэдрах – 24 иона, в октаэдрах – 16. Ионы R³⁺ намагничиваются слабым полем от подрешеток d и a, возникает магнитный момент, противоположный d.

Для ортоферритов и гранатов R – РЗЭ³⁺, Y³⁺. Для манганитов – La_1-x Ca_x MnO₃ (Mn⁺³ и ⁺⁴).

В целом, магнетосопротивление – изменение электрического сопротивления под действием магнитного поля. Эффект колоссального магнетосопротивления – явление сильной зависимости сопротивления от величины внешнего магнитного поля. Пример материала, обладающего КМС – La _1-x Sr _x MnO₃. Манганит лантана-стронция проявляет эффект колоссального магнетосопротивления, объясняемый одновременным присутствием в структуре ионов Mn3+ (t_2g³e_g¹) и Mn4+ (t_2g³e_g⁰). Данная модель называется теорией двойного обмена, она основывается на переносе e_g электрона между вышеуказанными ионами. Поскольку спин e_g-электрона должен быть параллелен суммарному спину t_2g-оболочки, такой перенос наиболее вероятен только в том случае, когда спины ионов марганца параллельны.