Влияние кислородной нестехиометрии на кристаллическую структуру и магнитные свойства катион-дефицитных манганитов Pr₀,₉MnOx (2,85 < x < 2,90)

Abstract

Проведены рентгеноструктурные и магнитные исследования системы Pr₀,₉MnOx в зависимости от содержания кислорода в интервале 2,85 < x < 2,90. Установлено, что в твердых растворах серии Pr₀,₉MnOx при увеличении концентрации кислорода происходит фазовый переход антиферромагнетик—ферромагнетик. Кристаллическая структура и магнитные свойства самого восстановленного образца Pr₀,₉MnO₂,₈₅ близки к стехиометрическому манганиту PrMnO₃. Pr₀,₉MnO₂,₉₀ является ферромагнитным диэлектриком с Tc = 120 К. В этом образце переход из орбитально-упорядоченной фазы в орбитально-разупорядоченную происходит в широком интервале температур. Свойства образцов объясняются гипотезой, согласно которой часть ионов празеодима (до 5%) может быть замещена ионами трехвалентного марганца, в то время как вакансии по кислороду не образуются. При окислении образцов появляются вакансии катионов празеодима, тогда как кислородный каркас сохраняется.

Проведено рентгеноструктурні та магнітні дослідження системи Pr₀,₉MnOx залежно від змісту кисню в інтервалі 2,85 < x < 2,90. Установлено, що у твердих розчинах серії Pr₀,₉MnOx при збільшенні концентрації кисню відбувається фазовий перехід антиферомагнетик—феромагнетик. Кристалічна структура й магнітні властивості самого відновленого зразка Pr₀,₉MnO₂,₈ близькі до стехіометричного манганіту PrMnO₃. Pr₀,₉MnO₂,₉₀ є феромагнітним діелектриком з Tc = 120 К. У цьому зразку перехід з орбітально-впорядкованої фази в орбітально-розупорядковану відбувається в широкому інтервалі температур. Властивості зразків пояснюються гиіпотезою, відповідно до якої частина іонів празеодима (до 5%) може бути заміщена іонами тривалентного марганцю, тоді як вакансії по кисню не утворюються. При окисленні зразків з’являються вакансії катіонів празеодима, тоді як кисневий каркас зберігається.

X-ray diffraction and magnetic investigations of the Pr₀,₉MnOx system (2.85 < x < 2.90) have been performed depending on oxygen content. The Pr₀,₉MnOx solid solutions found to exhibit an antiferromagnet-ferromagnet phase transition with increasing oxygen content. The crystal structure and magnetic properties of the most reduced Pr₀,₉MnO₂,₈₅ sample are very close to those of the stoichiometric PrMnO₃ compound. Pr₀,₉MnO₂,₉₀ is a ferromagnetic insulator with Tc = 120 K. In this sample the transition from the orbital ordered phase to the orbital disordered one takes place in a wide temperature interval. The properties of the samples are in accordance with the hypothesis assuming that the Pr ions may be partly (up to 5%) substituted by the Mn³⁺ ones while no oxygen vacancies occur. On oxidiation of the samples the Pr cation vacancies appear while the oxygen skeleton remains unchanged.