İlerleme | İkili Perovskit Oksit Mn2O3'te Manyetoelektrik Multiferroisite
Perovskit yapısına sahip geçiş metal oksitler (ABO3), yoğunlaştırılmış madde fiziği ve malzeme bilimi çalışmaları için geniş bir aşama sağlayarak çok zengin fiziksel özellikler sergiler. Geçtiğimiz birkaç on yılda, insanlar yüksek sıcaklıkta süperiletkenlik, muazzam manyeto direnç, yük düzeni, yörünge düzeni, metal yalıtkan faz geçişi, ferroelektriklik, multiferroisite, devasa Piroelektrik etki, fotoelektrik etki, negatif termal genleşme ve diğer ilginç fiziksel fenomenler, yoğunlaştırılmış madde fiziğinin gelişimini büyük ölçüde desteklemiştir. ABO3 perovskit yapısında, A bölgesi ve B bölgesi iyonları genellikle oldukça farklıdır. Küçük yarıçaplı ve yüksek valanslı geçiş metal iyonları, genellikle oktahedral koordinasyonun B bölgesinde yer alır, ancak A bölgesini işgal etmek zordur. Son yıllarda insanlar, yüksek sıcaklık ve yüksek basınç gibi aşırı koşullar altında, bazı geçiş metal iyonlarını A bölgesini kısmen işgal etmek üzere yönlendirmek için sentetik yöntemler kullandılar ve (AMn3) Mn4O12 (A = Na, Ca) gibi özel bir tür yarı kararlı dörtlü perovskit oksit oluşturdular. , La, Bi). Bu perovskit yapıda, A sahalarının 3 / 4'ü geçiş metali Mn iyonları tarafından işgal edilmiştir. Kalan A bölgeleri Mn iyonları tarafından işgal edilebilir ve perovskit yapısını koruyabilirse, benzersiz bir MnMnO3 ikili perovskit oksit oluşacaktır. Son zamanlarda, Çin Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü / Pekin Ulusal Yoğun Madde Fiziği Araştırma Merkezi Eyalet Anahtar Manyetizma Laboratuvarı'nın Sun Yang araştırma grubu, ikili perovskit oksitlerin sentezinde ve fiziksel özelliklerinde önemli ilerleme kaydetmek için çok sayıda uluslararası ekip ile işbirliği yaptı. , Mn2O3 ikili perovskit oksidi ilk kez sentezledi ve içindeki spin kaynaklı multiferroisite ve manyetoelektrik kuplaj etkisini keşfetti.
İkili perovskit Mn2O3, yüksek sıcaklık ve yüksek basınç gibi aşırı koşullar altında Almanya'daki Bayreuth Üniversitesi'nden Dr. Sergey Ovsyannikov tarafından sentezlenen yarı kararlı bir fazdır. Senkrotron radyasyon X-ışını kırınımı, elektron kırınımı, taramalı geçirimli elektron mikroskobu, elektron enerji kaybı spektroskopisi ve diğer deneysel yöntemlerle bileşiğin kristal yapısı ve iyon valans durumu elde edildi. İkili perovskit, yüksek oranda bozulmuş dörtlü perovskit yapısına sahiptir, A bölgesindeki Mn iyonu karışık değerlik durumundadır ve moleküler formülü (Mn2 + Mn3 + 3) Mn3.25 + 4O12 olarak yazılabilir. Hem A bölgesi hem de B bölgesi manyetik Mn iyonları tarafından işgal edildiğinden, sistem daha manyetik değişim yollarına ve dolayısıyla daha karmaşık bir manyetik düzen durumuna sahiptir.
Perovskite Mn2O3'ün makroskopik manyetik ölçümü, sistemin T1 = 101 K ve T2 = 49 K'da bulunan iki manyetik faz geçişine sahip olduğunu göstermektedir. Harici bir manyetik alan altında, yüksek sıcaklık manyetik faz geçişi neredeyse hiç etkilenmezken, düşük sıcaklık manyetik faz geçişi önemli ölçüde bastırılır. Aynı zamanda, iki manyetik faz geçişiyle, kristal kafes hacmi değişir ve manyetoelastik kuplajın varlığını gösterir. Sistemin mikroskobik manyetik yapısını elde etmek için Birleşik Krallık'taki Rutherford Laboratuvarı'ndan Dr. Dmitry Khalyavin ve diğerleri çok sayıda ayrıntılı ve yüksek hassasiyetli nötron tozu kırınım deneyleri yaptılar ve sonunda sistemin karmaşık manyetik yapısını çözdüler. T1'de < T < T2 sıcaklık bölgesinde, manyetik yapısı polar olmayan bir uzay grubuna sahip uzunlamasına bir spin yoğunluğu dalgasıdır; T cinsinden < T1 sıcaklık bölgesinde manyetik yapı, sikloid ve spiralden oluşan karmaşık, doğrusal olmayan bir yapıdır ve hem yük sırası hem de yörünge sırası belirir. Doğrusal olmayan spiral manyetik yapı, elektrik polarizasyonu üretmek için uzamsal inversiyon simetrisini kırabildiğinden, bu, sistemin spin kaynaklı manyetoelektrik multiferroisiteye sahip olabileceğini gösterir.
Sun Yang'ın araştırma grubunda bir doktora öğrencisi olan Cong Junzhuang, kendi geliştirdiği çok işlevli bir manyetoelektrik kuplaj etkisi ölçüm sistemi kullanarak perovskite Mn2O3'ün dielektrik, piroelektrik, ferroelektrik ve manyetoelektrik kuplaj özelliklerini dikkatle inceledi. Deneysel sonuçlar, sistem düşük sıcaklık manyetik faz geçişine T2 = 49 K girdiğinde, dielektrik anomalilerin ve makroskopik ferroelektrik polarizasyonun ortaya çıktığını ve uygulanan manyetik alanın artmasıyla ferroelektrik polarizasyonun kademeli olarak bastırıldığını ve bariz manyetik olduğunu gösterdi. Elektrik bağlantı etkisi. Bu sonuç, T2 sıcaklığının altındaki sistemin doğrusal olmayan spiral manyetik yapısı ile de tutarlıdır. Sun Yang'ın araştırma ekibi ve Hefei Yüksek Manyetik Alan Merkezi'nden araştırmacı Sheng Zhigao, ikili perovskit Mn2O3'ün içsel ferroelektrikliğini daha da doğrulamak için numuneleri farklı sıcaklıklarda ölçmek için polarizasyon ikinci harmonik üretim (SHG) teknolojisini kullandı. Manyetik geçiş sıcaklığı T2'nin altında, SHG sinyalinin ikinci harmonik sinyali belirir ve düşük sıcaklıkta içsel ferroelektrikliğe sahip olduğunu gösterir.
Bu çalışma, ikili perovskit oksitte spin kaynaklı multiferroisite ve manyetoelektrik kuplaj etkisini ilk kez bulmuş ve ikili perovskit Mn2O3'ün tam manyetik yapısını ve faz diyagramını elde etmiştir. İkili perovskitin yeni tip manyetoelektrik malzemesi bir emsal oluşturdu. Üç yıl süren çalışma, uluslararası işbirliği ile Çin, Almanya, İngiltere ve Rusya dahil sekiz şirket tarafından ortaklaşa tamamlandı. Sun Yang'ın araştırma grubunda bir doktora öğrencisi olan Cong Junzhuang, makalenin ilk yazarı ve araştırmacı Sun Yang, makalenin ortak yazarıdır. Yukarıdaki araştırma sonuçları "İkili perovskit manganit Mn2O3'te Spin kaynaklı multiferroisite, Nature Communications 9, 2996 (2018)" dergisinde yayınlandı. Bu çalışma, Çin'in ana projeleri Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (11534015, 51725104) ve Bilim ve Teknoloji Bakanlığı'nın önemli araştırma ve geliştirme projeleri (2016YFA0300701) tarafından desteklenmiştir.
Makale bağlantısı:
Şekil 1. İkili perovskit Mn2O3'ün kristal yapısı
Şekil 2. İkili perovskit Mn2O3'ün manyetik yapısı
Şekil 3. İkili perovskit Mn2O3'ün dielektrik ve spin kaynaklı ferroelektrikliği
Şekil 4. İkili perovskit Mn2O3'ün manyetoelektrik kuplaj etkisi
Editör: Aprilis
En Yeni 10 Popüler Makale
Görüntülemek için başlığa tıklayın
