vestnik Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества Ecological Bulletin of Research Centers of the Black Sea Economic Cooperation 1729-5459 Кубанский государственный университет RU 927 10.31429/vestnik-17-4-25-32 Научная статья Original article Физика Physics Структурные и электромагнитные характеристики манганитов лантан-стронциевой системы с замещением марганца ванадием Structural and electromagnetic characteristics of manganites of the lanthanum-strontium system with the substitution of vanadium for manganese Датская З.Р. Датская Замира Растямовна Datskaya Zamira R. mira-phys@mail.ru

канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры материаловедения и технологии сварки Астраханского государственного университета

 Корнеева Е.А. Корнеева Елена Александровна Korneeva Elena A. gvosdeva@mail.ru

ассистент кафедры материаловедения и технологии сварки Астраханского государственного университета

 Баделин А.Г. Баделин Алексей Геннадьевич Badelin Alexey G. alexey_badelin@mail.ru

канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник научно-образовательного центра функциональных магнитных материалов Астраханского государственного университета

 Карпасюк В.К. Карпасюк Владимир Корнильевич Karpasyuk Vladimir K. vkarpasyuk@mail.ru

д-р. физ.-мат. наук, профессор, директор - научный руководитель научно-образовательного центра функциональных магнитных материалов Астраханского государственного университета

 Эстемирова С.Х. Эстемирова Светлана Хусаиновна Estemirova Svetlana Kh. esveta100@mail.ru

канд. хим. наук, старший научный сотрудник научно-образовательного центра функциональных магнитных материалов Астраханского государственного университета, старший научный сотрудник лаборатории статики и кинетики процессов Института металлургии Уральского отделения РАН

 Астраханский государственный университет, АстраханьAstrakhan State University, Astrakhan Институт металлургии УрО РАН, ЕкатеринбургInstitute of Metallurgy, Ural Branch of the RAS, Ekaterinburg 27 12 2020 17 4 25 32 19 11 2020 02 12 2020 27 12 2020 Copyright (c) 2020 Датская З.Р., Корнеева Е.А., Баделин А.Г., Карпасюк В.К., Эстемирова С.Х. 2020 Датская З.Р., Корнеева Е.А., Баделин А.Г., Карпасюк В.К., Эстемирова С.Х. Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Polycrystalline perovskite-like manganites of the La1-cSrcMn1-xVxO3 system ($c=0.35$; 0.45; 0.55; $x=0.05$; 0.10) were synthesized using conventional ceramic processing. Sintering was carried out at 1473 K for 10 h. Then the samples were annealed under conditions that provide stoichiometric oxygen content.

Manganite with the lowest strontium and vanadium content is of rhombohedral structure, while the other samples are orthorhombic. All samples contain an impurity of SrV2O5 phase in the amount of from a few tenths to 2.5 mass %. The introduction of strontium and vanadium leads to decrease in the unit cell volume of perovskite phase.

Electromagnetic parameters of manganites change with the content of Sr and V as follows: specific magnetization at 80 K decreases from 71.8 to 49.2 emu/g; Curie point rises from 326 K to 340 K; width of the "ferromagnetic-paramagnetic" transition temperature interval increases; metallic type of conductivity in the 120--300 K range is replaced by a semiconducting nature for $c=0.55$; $x=0.10$. Manganite La0.55Sr0.45Mn0.95V0.05O3 has a maximum absolute value of magnetoresistance equal to 23 % in the field of 0.92 T at 120 K.

Possible approaches to the interpretation of the established regularities are discussed, taking into consideration the changes in the concentrations of different valence manganese ions and the ratio of competing exchange interactions, the formation of ferromagnetic clusters and possible violation of the percolation regime between them, the influence of second-phase segregations and localization of cation vacancies at the intercrystalline boundaries.

Синтезированы керамические образцы манганитов системы La1-cSrcMn1-xVxO3 ($c=0,35$; 0,45; 0,55; $x=0,05$; 0,10). Манганит с наименьшим содержанием стронция и ванадия имеет ромбоэдрическую структуру, остальные манганиты — орторомбическую. Образцы содержат примесь SrV2O5 в количестве от десятых долей до 2,5 масс. %. Электромагнитные параметры манганитов с увеличением содержания Sr и V изменяются следующим образом: удельная намагниченность при 80 К снижается; точка Кюри повышается; температурный интервал перехода "ферромагнетик-парамагнетик" расширяется; металлический характер проводимости в интервале температур 120–300 К сменяется на полупроводниковый при $c=0,55$; $x=0,10$. Манганит La0.55Sr0.45Mn0.95V0.05O3 обладает максимальной абсолютной величиной магнитосопротивления, равной 23 % в магнитном поле 0,92 Тл при температуре 120 К. Обсуждены возможные подходы к интерпретации установленных закономерностей.

 керамические образцы фазовый состав примесь намагниченность магнитная проницаемость точка Кюри проводимость магнитосопротивление ceramic samples phase composition unit cell volume impurity magnetization magnetic permeability Curie point conduction magnetoresistance Bebenin N.G., Zainullina R.I., Ustinov V.V. Colossal magnetoresistance manganites // Physics-Uspekhi. 2018. Vol. 61. No. 8. P. 719–738. DOI: 10.3367/UFNe.2017.07.038180 Dagotto E., Hotta T., Moreo A. Colossal magnetoresistant materials: the key role of phase separation // Physics reports. 2001. Vol. 344. P. 1–153. DOI: 10.1016/S0370-1573(00)00121-6 Koroleva L., Batashev I., Morozov A., Balbashov A., Szymczak H., Slavska-Wanniewska A. Connection of thermopower, magnetothermopower with resistivity and magnetoresistance in manganites with Nd and Sm // EPJ Web of Conferences. 2018. Vol. 185. P. 06014 (2 pp). DOI: 10.1051/epjconf/201818506014 Jacobs R., Booske J., Morgan D. Understanding and controlling the work function of perovskite oxides using density functional theory // Advanced Functional Materials. 2016. Vol. 26. No. 30, P. 5471–5482. DOI: 10.1002/adfm.201600243 Abdel-Latif I.A. Rare earth manganites and their applications // Journal of Physics. 2012. Vol. 1. No. 3. P. 15–31. Koroleva L.I., Demin R.V., Kozlov A.V., Zashchirinskii D.M., Mukovskii Ya.M. Relation between giant volume magnetostriction, colossal magnetoresistance, and crystal lattice softening in manganites La1-xAyMnO3 (A=Ca, Ag, Ba, Sr) // Journal of Experimental and Theoretical Physics. 2007. Vol. 104. No. 1. P. 76–86. Karpasyuk V.K., Badelin A.G., Derzhavin I.M., Merkulov D.I. Systems of manganites with enhanced electromagnetic parameters // Inorganic Materials: Applied Research. 2018. Vol. 9. No. 5. P. 807–812. DOI: 10.1134/S2075113318020132 Karpasyuk V.K., Badelin A.G., Smirnov A.M., Sorokin V.V., Evseeva A., Doyutova E., Shchepetkin A.A. N-type current-voltage characteristics of manganites // Journal of Physics: Conference Series. 2010. Vol. 200. P. 052026 (5 pp). Volkov N.V. Spintronics: manganite-based magnetic tunnel structures // Physics-Uspekhi. 2012. Vol. 55. No. 3. P. 250–269. Shlapa Y., Kulyk M., Kalita V., Polek T., Tovstolytkin A., Greneche J.-M., Solopan S., Belous A. Iron-doped (La,Sr)MnO3 manganites as promising mediators of self-controlled magnetic nanohyperthermia // Nanoscale Research Letters. 2016. Vol. 11. P. 24 (8 pp.). DOI: 10.1186/s11671-015-1223-6 Карпасюк В.К., Баделин А.Г. Структура и магнитные характеристики лантан-стронциевых манганитов с замещением марганца разновалентными ионами. Монография. Астрахань: Издатель Сорокин Р.В., 2016. 92 с. . Astrakhan: Sorokin R.V. Publ., 2016. 92 p.] Estemirova S.Kh., Mitrofanov V.Ya., Karpasyuk V.K., Badelin A.G., Uporov S.A., Kozhina G.A. Effect of Cr doping on the structural magnetic and transport properties of perovskite-like manganites // Solid State Sciences. 2020. Vol. 108. 106433 (7 p.). DOI: 10.1016/j.solidstatesciences.2020.106433 Liu M.F., Du Z.Z., Xie Y.L., Li X., Yan Z.B., Liu J.–M. Unusual ferromagnetism enhancement in ferromagnetically optimal manganite La0.7-yCa0.3+yMn1-yRuyO3 ($0leq y< 0.3$): the role of Mn-Ru $t_{2g}$ super-exchange // Scientific Reports. 2015. Vol. 5. P. 9922:1–9. DOI: 10.1038/srep09922 Теплых А.Е., Пирогов А.Н., Меньшиков А.З., Базуев Г.В. Кристаллическая структура и магнитное состояние перовскитов LaMn1-xVxO3 // Физика твердого тела. 2000. Т. 42. Вып. 12. С. 2175–2182. . Fizika tverdogo tela , 2000, vol. 42, iss. 12. pp. 2175–2182.] Троянчук И.О., Ефимов Д.А., Халявин Д.Д., Пушкарев Н.В., Шимчак Р. Магнитное упорядочение и магниторезистивный эффект в перовскитах La1-xSrx(Mn1-yMey)O3 (Me=Nb, Mg) // Физика твердого тела. 2000. Т. 42. Вып. 1. C. 81–85. . Fizika tverdogo tela , 2000, vol. 42, iss. 1, pp. 81–85.] Троянчук И.О., Мантыцкая О.С., Чобот А.Н., Шимчак Г. Переход из антиферромагнитного состояния в ферромагнитное в системах LaMnO3+y и La1-xSrx(Mn1-x/2Nbx/2)O3 // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2002. Т. 122. Вып. 2(8). С. 347–355. . Zhurnal Eksperimental'noy i Teoreticheskoy Fiziki , 2002, vol. 122, iss. 2(8), pp. 347–355.] Badelin A., Datskaya Z., Epifanova I., Estemirova S., Karpasyuk V., Smirnov A. Structural and electromagnetic characteristics of perovskites in La1-c-xSrc+xMn1-xMe4+xO3 systems (Me=Ge, Ti) // EPJ Web of Conferences. 2013. Vol. 40. P. 15004 (4 p.). DOI: 10.1051/epjconf/20134015004 Shannon R.D. Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides // Acta Crystallographica A. 1976. Vol. 32, P. 751–767. DOI: 10.1107/S0567739476001551 Karpasyuk V.K., Badelin A.G., Merkulov D.I., Derzhavin I.M., Estemirova S.Kh. Unusual properties and features of oxygen nonstoichiometry of La-Sr manganites with manganese replacement by a combination of nickel and germanium // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1347. No. 1. P. 012036 (7 p.). DOI: 10.1088/1742-6596/1347/1/012036