Effect of the crystal structure defectiveness on magnetic state of sodium-doped lanthanum manganites

Abstract

Structural, electric, magnetoresistive, and resonance properties of La₁-xNaxMnO₃₊y samples synthesized by solid phase reactions have been studied. It is shown that the valence state of manganese remains essentially unchanged as x increases from 0.08 to 0.16: the positive charge reduction in lanthanum sublattice caused by the increase in sodium content occurs due to formation of vacancies either in cation sublattices or in both cation and anion ones. In addition to magnetically ordered phases, all the samples have been found to contain the magnetically disordered low-conductive phase even at low temperatures (77 K), and its amount is greater in the samples with the lower x values. The Curie temperature (T&) for La₁-xNaxMnO₃₊y system rises monotonically as x changes from 0.08 to 0.16. A correlation is revealed between the characters of concentration induced changes in T& and number of vacancies in manganese sublattice. It is shown that, as x changes, the change character of the unit cell parameters (the diminution in both the cell volume and rhombo-hedral distortion angle) is also directed towards an enhancement of the ferromagnetic double exchange interaction and the TC elevation. The magnetoresistance (MR) measured at room temperature in 15 kOe field exhibits a maximum (20 %) in the samples with x = 0.12. For the samples of this composition, MR(+) dependence is close to the linear one, which stresses a good utilization prospect of such materials in the magnetic field measurement devices.

Исследованы структурные, электрические, магниторезистивные и резонансные свойства образцов La₁-xNaxMnO₃₊y , синтезированных методом твердофазных реакций. Показано, что валентное состояние марганца практически не изменяется при изменении х от 0,08 до 0,16: снижение положительного заряда в подрешетке лантана при увеличении содержания натрия совершается за счет формирования вакансий в катионных, или одновременно в катионных и анионной подрешетках. Обнаружено, что, кроме магнитоупорядоченных фаз, все образцы содержат магнитно неупорядоченную слабопроводящую фазу даже при низких температурах (77 К), причем ее количество больше в образцах с меньшим значением х. Температура Кюри (T&) в системе La₁-xNaxMnO₃₊y монотонно возрастает при изменении x от 0,08 до 0,16. Обнаружена корреляция между величинами роста T& и уменьшения количества вакансий в подрешетке марганца. Показано, что при изменении x характер изменения параметров элементарной ячейки (уменьшение объема ячейки и угла ромбоэдрической деформации) также направлен на усиление двойного обмена и повышение T&. Магнитосопротивление (МС), измеренное в поле 15 кЭ при комнатной температуре, имеет максимум (20 %) в образцах с x = 0,12. Для образцов этого состава зависимость МС(+) близка к линейной, что перспективно для использования таких материалов в устройствах для измерения магнитного поля.

Досліджєно структурні, електричні магніторезистивні та резонансні властивості зразків La₁-xNaxMnO₃₊y , синтезованих методом твердофазних реакцій. Показано, що валентний стан марганцю практично не змінюється при зміні x від 0,08 до 0,16: зниження позитивного заряду в підгратці лантану при збільшенні вмісту натрію відбувається за рахунок формування вакансій у катіонних, або одночасно у катіонних і аніонній підгратках. Виявлено, що, крім магнітно впорядкованих фаз, всі зразки містять магнітно невпорядковану слабопровідну фазу навіть при низьких температурах (77 К), причому її кількість більша у зразках із меншим значенням х. Температура Кюрі (T&) у системі La₁-xNaxMnO₃₊y монотонно зростає при зміні x від 0,08 до 0,16. Встановлено кореляцію між величинами збільшення T& і зменшення кількості вакансій у підгратці марганцю. Показано, що при зміні x характер зміни параметрів елементарної комірки (зменшення об’єму комірки і кута ромбоедричної деформації) також спрямований на підсилення подвійного обміну і підвищення T&. Магнітоопір (МО), виміряний при кімнатній температурі в полі 15 кЕ, має максимум (20 %) у зразках з x = 0,12. Для зразків цього складу залежність M0(H) близька до лінійної, що є перспективним для використання таких матеріалів у пристроях для вимірювання магнітного поля.