Кристаллическая структура и магнитные свойства наноразмерных порошков и пленок мультиферроика BiMnO₃: влияние давления и замещения лантаном

Abstract

Методом совместного осаждения гидроокисей при 100°C синтезированы наноразмерные порошки (9–100 nm) BiMnO₃ и Bi₀.₈La₀.₂MnO₃. Рентгенодифракционным исследованием при комнатной температуре установлено, что их структура относится к моноклинной сингонии (пространственная группа C2). Магнитные измерения, проведенные в температурном интервале 90–850 K, показали небольшие значения удельной намагниченности обоих составов вследствие малого размера частиц, находящихся в однодоменном либо аморфном состоянии. Для усиления структурных и магнитных свойств проведено компактирование порошкообразных BiMnO₃ и Bi₀.₈La₀.₂MnO₃ в условиях высоких давлений (P ~ 50 GPa) и температур (T ~ 750°С). В результате полностью проявились структурные рефлексы пространственной группы C2, а удельная намагниченность BiMnO₃ при низких температурах возросла в 2.5 раза. Температура ферромагнитного упорядочения BiMnO₃ cоставляет 100 K. Показано, что замещение висмута лантаном приводит к смене типа магнитного упорядочения. Тонкие слои BiMnO₃ и Bi₀.₈La₀.₂MnO₃ синтезированы методом «flash» на оптическом стекле.

Методом сумісного осадження гідроокисів при 100°С синтезовано нанорозмірні порошки (90–100 nm) BiMnO₃ та Bi₀.₈La₀.₂MnO₃. Рентгенодифракційним дослідженням при кімнатній температурі з’ясовано, що їх структура належить до моноклінної сингонії (просторова група С2). Магнітні вимірювання, проведені у температурному інтервалі 90–850 K, виявили невеликі значення питомої намагніченості обох складів внаслідок малого розміру частинок, що знаходяться в однодоменному або аморфному стані. Для посилення структурних та манітних властивостей проведено компактування порошкоподібних BiMnO₃ та Bi₀.₈La₀.₂MnO₃ в умовах високих тисків (Р ~ 50 GPa) і температур (Т ~ 750°С). В результаті повністю проявилися структурні рефлекси просторової групи С2, а питома намагніченість BiMnO₃ при низьких температурах підвищилася у 2.5 рази. Температура феромагнітного упорядкування BiMnO₃ складає ~ 100 K. Показано, що заміщення вісмуту лантаном призводить до зміни типу магнітного упорядкування. Тонкі шари BiMnO₃ та Bi₀.₈La₀.₂MnO₃ синтезовано методом «flash» на оптичному склі.

Nanosized powders (90–100 nm) of BiMnO₃ and Bi₀.₈La₀.₂MnO₃ have been synthesized by coprecipitation of the hydroxides at 100°C. The room temperature X-ray diffraction study has revealed that the structure belongs to monoclinic system (space group C2). Magnetic measurements made in the temperature range 90–850 K have shown low values of specific magnetization of the both compounds due to the small size of the particles in a single-domain or amorphous state. To enhance the structural and magnetic properties, the powdered BiMnO₃ and Bi₀.₈La₀.₂MnO₃ were compacted under high pressure (P ~ 50 GPa) and temperature (T ~ 750°С). As a result, the structure reflections of space group C2 were highly developed and there was a 2.5 times increase in the specific magnetization of BiMnO₃ at low temperatures. The temperature of the ferromagnetic ordering of BiMnO₃ ~ 100 K. It is shown that the substitution of bismuth by lanthanum leads to a change in the type of magnetic ordering. Thin layers of BiMnO₃ and Bi₀.₈La₀.₂MnO₃ have been synthesized by the «flash» method on the optical glass.