Структура, магнитные и магнитотранспортные свойства слоистого кобальтита Sr0,9Y0,1CoO2,63

The structure, magnetic and magnetotransport properties of perovskite Sr0.9Y0.1CoO2.63 are studied. It is shown that the sample is structurally two-phase. The main phase has a tetragonal-distorted unit cell and is described by the spatial group I4/mmm. The broadening of the reflexes with indexes corresponding to a doubling of the parameter from the unit cell indicates that there is no strict translational symmetry along the с-axis. The presence of a broadened superstructural reflex observed at small angles on X-ray diffraction patterns at temperatures below 400 K is due to the monoclinic phase, whose content is much smaller than the tetragonal phase. Spontaneous magnetization appears during the formation of the monoclinic phase. The magnetic structure is predominantly an antiferromagnetic G-type structure with magnetic moments of 1.5µB in the layers of CoO6 octahedra and 2µB in the anion-deficient CoO4+γ layers. The electrical conductivity of Sr0.9Y0.1CoO2.63 has a semiconductor in character. The magnetoresistance reaches 57 % in a field of 14 T at a temperature of 5 K and decreases strongly with increasing temperature.Исследованы структура, магнитные и магнитотранспортные свойства перовскита Sr0,9Y0,1CoO2,63. Показано, что образец является структурно двухфазным. Основная фаза имеет тетрагонально искаженную элементарную ячейку и описывается пространственной группой I4/ттт. Уширение рефлексов с индексами, соответствующими удвоению параметра с элементарной ячейки, указывает на отсутствие строгой трансляционной симметрии вдоль оси с. Наличие уширенного сверхструктурного рефлекса, наблюдаемого на малых углах на рентгенограммах при температуре меньше 400 К, обусловлено моноклинной фазой, содержание которой значительно меньше, чем тетрагональной. Спонтанная намагниченность появляется при формировании моноклинной фазы. Магнитная структура является преимущественно антиферромагнитной структурой G-типа с магнитными моментами 1,5µB в слоях из октаэдров СоO6 и 2µB в анион-дефицитных СоO4+γ слоях. Электропроводность состава Sr0,9Y0,1CoO2,63 имеет полупроводниковый характер. Магнитосопротивление достигает 57 % в поле 14 Тл при температуре 5 К и значительно уменьшается с ростом температуры

Особенности обменных взаимодействий ионов B-подрешетки в системе La0,5Sr0,5Co1–x Nix O3–d

A comprehensive study of the crystal structure, magnetic and magnetotransport properties of the La0.5Sr0.5Co1–x Nix O3–d  cobaltite system (x = 0.1–0.16) was carried out. The X-ray measurement results indicate that the unit cell of all solid solutions of the system is cubic and is described by the space group Pm3m. It is found that with an increase in the 540     Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2021, vol. 65, no. 5, рр. 539–545 Ni content, the Curie temperature (TC) decreases from 230 to 180 K, as well as magnetization values. The magnetic transition is blurred across the field. The iodometric studies show that the concentration of Co4+ ions in all samples does not exceed 35 %. The chemical substitution of Co ions by Ni ones does not result in significant modification of the unit cell parameters, which may indicate a spin crossover of Co ions. The temperature dependence of resistivity is metallic in character, which indicates the stability of the main conducting ferromagnetic phase. The nature of exchange interactions of different signs between B-sublattice ions completely determines the behavior of the system. An increase in the content of Ni ions leads both to decrease the component of ferromagnetic exchange interactions between Co3+ ions in the intermediate spin state and to increase the fraction of antiferromagnetic and weaker ferromagnetic interactions. In addition, presumably the Co4+ ion can stabilize the high spin state of the closestCo3+ ion and in the next two coordination spheres it can stabilize the Co3+ ion in the low spin state, i. e. the ferromagnetic complexes Co4+–Co3+ (HS) are shielded by the diamagnetic shell of low spin Co3+ ions, which results in decreasing the magnetization values.Проведено комплексное исследование кристаллической структуры, магнитных и магнитотранспортных свойств кобальтитов La0,5Sr0,5Co1–x Nix O3–d  (x = 0,1–0,16) со структурой типа перовскита. Исследовались поликристаллические образцы, полученные по обычной керамической технологии на воздухе в два этапа. Рентгенофазовый анализ выполнен на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3М в CuKα -излучении при комнатной температуре. Согласно данным рентгеноструктурного анализа, элементарная ячейка всех твердых растворов системы является кубической и описывается пространственной группой Pm3m. Исследования магнитных и резистивных свойств проводились на установке измерения физических свойств (Cryogenic Ltd) в магнитных полях до 14 Tл в диапазоне температур 5–315 К. Установлено, что с ростом концентрации Ni температура Кюри (TC) уменьшается от 230 до 180 К, как и значения намагниченности. Переход в парамагнитное состояние несколько размыт по полю. Согласно данным иодометрического исследования, концентрация ионов Co4+ не превышает 35 %. При изменении концентрации ионов Ni объем элементарной ячейки практически не меняется, что обусловлено спиновым кроссовером ионов Co. Показано, что зависимость удельного сопротивления от температуры носит металлический характер, что указывает на стабильность основной проводящей ферромагнитной фазы. Характер обменных взаимодействий различных знаков между ионами B-подрешетки полностью обуславливает поведение системы. Увеличение концентрации ионов Ni сопровождается уменьшением доли ферромагнитных обменных взаимодействий между ионами Co3+ в промежуточном спиновом состоянии и увеличением доли антиферромагнитных и более слабых ферромагнитных взаимодействий. Полученные результаты можно объяснить тем, что ион Co4+ может стабилизировать высокоспиновое состояние ближайшего к себе иона Co3+, а в следующих двух координационных сферах стабилизировать ион Co3+ в низкоспиновом состоянии, т. е. ферромагнитные комплексы Co4+–Co3+ (HS) экранируются диамагнитной оболочкой низкоспиновых ионов Co3+, что влечет за собой уменьшение значений намагниченности.

МАГНИТНЫЕ ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В ПЕРОВСКИТАХ La1–x Srx Mn0,5Ni0,5O3 (0 ≤ x ≤ 0,2)

The La1–x Srx Ni0.5Mn0.5O3 (0 ≤ x ≤ 0.2) perovskites have been studied by the methods of neutron powder diffraction and magnetization and by magnetoresistance measurement. It was shown that Ni and Mn ions are partially ordered in spite of the presence of Ni3+ ions arising from La3+ with Sr2+ substitution. The magnetic structure changes from ferromagnetic (x = 0) to antiferromagnetic (x ≥ 0.1); however, the transition temperature into the paramagnetic state is constant. Magnetoresistance in the ferromagnetic phase is large and gradually decreases with increasing temperature and Sr2+ content. The results are discussed in terms of close in value ferromagnetic and antiferromagnetic parts of Ni2+–O–Mn4+ magnetic interactions and the enforcement of 3d-O2p orbital hybridization in the magnetic field. Перовскиты La1–x Srx Ni0,5Mn0,5O3 (0 ≤ x ≤ 0,2) были исследованы методами дифракции нейтронов, измерения намагниченности и магниторезистивного эффекта. Показано, что ионы никеля и марганца частично упорядочены во всех составах, несмотря на замещение ионов La3+ на Sr2+ и повышение средней валентности ионов никеля. Магнитная структура изменяется от ферромагнитной (х = 0) к антиферромагнитной (х ≥ 0,1), однако температура перехода в парамагнитное состояние не меняется. Магнитосопротивление в ферромагнитной фазе большое и уменьшается с ростом температуры и увеличением отношения Ni3+/Ni2+. Результаты обсуждаются в модели, согласно которой ферро- магнитная и антиферромагнитная части обменных взаимодействий Ni2+–O–Mn4+ близки по величине, тогда как для Ni3+–O–Mn4+ сверхобменное взаимодействие антиферромагнитно.

Bottom mixed layer oxygen dynamics in the Celtic Sea

The seasonally stratified continental shelf seas are highly productive, economically important environments which are under considerable pressure from human activity. Global dissolved oxygen concentrations have shown rapid reductions in response to anthropogenic forcing since at least the middle of the twentieth century. Oxygen consumption is at the same time linked to the cycling of atmospheric carbon, with oxygen being a proxy for carbon remineralisation and the release of CO2. In the seasonally stratified seas the bottom mixed layer (BML) is partially isolated from the atmosphere and is thus controlled by interplay between oxygen consumption processes, vertical and horizontal advection. Oxygen consumption rates can be both spatially and temporally dynamic, but these dynamics are often missed with incubation based techniques. Here we adopt a Bayesian approach to determining total BML oxygen consumption rates from a high resolution oxygen time-series. This incorporates both our knowledge and our uncertainty of the various processes which control the oxygen inventory. Total BML rates integrate both processes in the water column and at the sediment interface. These observations span the stratified period of the Celtic Sea and across both sandy and muddy sediment types. We show how horizontal advection, tidal forcing and vertical mixing together control the bottom mixed layer oxygen concentrations at various times over the stratified period. Our muddy-sand site shows cyclic spring-neap mediated changes in oxygen consumption driven by the frequent resuspension or ventilation of the seabed. We see evidence for prolonged periods of increased vertical mixing which provide the ventilation necessary to support the high rates of consumption observed

Упругие, магнитные и электрические свойства кобальтитов Sr1–уyуCoO3–x в области составов 0,2 ≤ у ≤ 0,3

Anion-deficient layered cobaltites Sr0.75Ln0.25CoO3–x (Ln is a lanthanide) have attracted the special attention of the scientists who study the nature of phase transformations in perovskite-like cobaltites, the anomalous behavior of the temperature magnetization of which is still the subject of scientific discussion. The purpose of this work is to investigate the regularity of changes in the elastic, magnetic, and electrical properties of layered cobaltites Sr1–уYуCoO3–x in the composition range 0.2 ≤ y ≤ 0.3 over a wide temperature range. The studied polycrystalline samples were obtained by the known ceramic technology in the air. Electron microscopic studies were performed on a LEO 1455 PV scanning electron microscope. The temperature dependence of the Young’s modulus was studied by the method of resonance vibrations in the frequency range 1000–6000 Hz and in the temperature range 100–450 K. X-ray phase analysis was performed on a DRON-3M diffractometer under Cu-Kα radiation. Magnetic measurements were performed using a physical property measurement system (Cryogenic Ltd.) in the temperature range 5–325 K. As a result of the studies, it was found that in the temperature range 25–300 K, Sr1–уYуCoO3–x solid solutions (0.2 ≤ y ≤ 0.3) are characterized by the semiconductor-like conductivity. No significant magnetoresistive effect was observed in this temperature range for the studied compositions. It was shown that the Sr1–уYуCoO3–x solid solution (у = 0.25) exhibits two magnetic phase transformations: low-temperature near 220 K and high-temperature at 350 K. The nearby compositions of the concentration range 0.2 ≤ y ≤ 0.3 exhibit magnetic phase transformations at temperatures above room temperature. No low-temperature phase transitions were detected in them. It has been established that magnetic phase transformations are accompanied by structural transitions at corresponding temperatures.Особое внимание ученых, занимающихся изучением природы фазовых превращений в перовскитоподобных кобальтитах, направлено на исследование аниондефицитных слоистых кобальтитов Sr0,75Ln0,25CoO3–x (Ln – лантаноид). Это связано с тем, что до сих пор причины аномального температурного поведения намагниченности этих материалов являются предметом научной дискуссии. Цель настоящей работы – изучение закономерностей изменения упругих, магнитных и электрических свойств слоистых кобальтитов Sr1–уYуCoO3–x в области составов 0,2 ≤ у ≤ 0,3 в широком интервале температур. Исследуемые поликристаллические образцы получены на воздухе по известной керамической технологии. Электронно-микроскопические исследования проведены на сканирующем электронном микроскопе LEO 1455 PV. Температурная зависимость модуля Юнга изучалась методом резонансных колебаний в области частот 1000–6000 Гц в интервале температур 100–450 К. Рентгенофазовый анализ выполнен на дифрактометре ДРОН-3М в CuKα-излучении. Магнитные измерения проведены на универсальной установке Cryogenic Ltd в интервале температур 5–325 К. В результате установлено, что в интервале температур 25–300 К твердые растворы Sr1–уYуCoO3–x (0,2 ≤ у ≤ 0,3) имеют полупроводниковый характер проводимости. Существенного магниторезистивного эффекта в этом интервале температур для исследуемых составов не наблюдалось. Показано, что твердый раствор Sr1–уYуCoO3–x (у = 0,25) проявляет два магнитных фазовых превращения: низкотемпературное вблизи 220 К и высокотемпературное при 350 К. Близлежащие составы концентрационного интервала 0,2 ≤ у ≤ 0,3 проявляют магнитные фазовые превращения при температурах выше комнатной. Низкотемпературные фазовые переходы в них не обнаружены. Установлено, что магнитные фазовые превращения сопровождаются структурными переходами при соответствующих температурах

КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И СЛАБЫЙ ФЕРРОМАГНЕТИЗМ МУЛЬТИФЕРРОИКОВ Bi 1–x Cax Fe1–x Mnx O3

The crystal structure and magnetic properties of Bi1–x Cax Fe1–x Mnx O3 (x ≤ 0.22) have been studied. It was shown that the rhombohedral (R3c) polar phase at x > 0.18 transforms into the nonpolar orthorhombic phase (Pnma). The polar phase is antiferromagnetic and metamagnetic at x < 0.1. The polar and nonpolar phases are weak ferromagnets with remnant magnetization around 0.07 emu/g (x = 0.18 and х = 0.22). Decreasing the temperature leads to the state close to antiferromagnetic. Проведено исследование кристаллической структуры и магнитных свойств мультиферроиков Bi1–x Cax Fe1–x Mnx O3 (x ≤ 0,22). Обнаружена следующая последовательность кристаллоструктурных превращений в стехиометрических составах: ромбоэдрическая (пр. группа R3c) полярная фаза (х ≤ 0,18), орторомбическая (пр. группа Pnma) неполярная фаза (х > 0,19). Полярная фаза является антиферромагнитной и проявляет метамагнетизм при x < 0,10. Полярная и неполярная фазы являются слабыми ферромагнетиками при комнатной температуре со спонтанной намагниченностью, близкой к 0,07 emu/g (x = 0,18 и х = 0,22). Понижение температуры ведет к переходу в состояние, близкое к антиферромагнитному.

МАГНИТНЫЕ ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В Sb-ЗАМЕЩЕННЫХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МАНГАНИТАХ НА ОСНОВЕ ИОНОВ Mn3+

Neutron diffraction, magnetic and magnetotransport studies of perovskites La1–x Srx ( Mn3+1-x/2 Sb5+x/2)O3 (x ≤ 0,7) containing only Mn3+ ions were carried out. It is shown that at x ~ 0.2, the system goes from the antiferromagnetic state to the ferromagnetic one. In this case, the structure is transformed from the O′-orthorhombic structure to the O-orthorhombic one, which is due to orbital disordering. At x ≥ 0.6, the cluster spin glass phase arises due to the competition between antiferromagnetic and ferromagnetic interactions, as well as due to strong diamagnetic dilution. As the ionic radius of the rare-earth ion is decreased in the series R0,7Sr0,3Mn0,85Sb0,15O3, the ferromagnetic state is gradually transformed into spin glass (R = Sm). All ferromagnetic compounds are insulators with a large magnitude of the magnetoresistive effect. The high covalence and orbital disordering are assumed to be responsible for ferromagnetism in the compounds under study. Проведены нейтронографические, магнитные и магнитотранспортные исследования перовскитов La1–x Srx ( Mn3+1-x/2 Sb5+x/2)O3 (x ≤ 0,7), содержащих только ионы Mn3+ . Показано, что при x ~ 0,2 система переходит из антиферромагнитного в ферромагнитное состояние. При этом структура меняется от O′-орторомбической к O-орторомбической, что обусловлено орбитальным разупорядочением. При x ≥ 0,6 появляется фаза кластерного спинового стекла вследствие конкуренции антиферромагнитных и ферромагнитных взаимодействий, а также сильного диамагнитного разбавления. При уменьшении ионного радиуса редкоземельного иона в серии R0,7Sr0,3Mn0,85Sb0,15O3 ферромагнитное состояние постепенно переходит в спиновое стекло (R = Sm). Все ферромагнитные составы являются диэлектриками в магнитоупорядоченной фазе с большой величиной магниторезистивного эффекта. Предполагается, что ферромагнетизм обусловлен большой ковалентностью и орбитальным разупорядочением

ПРИЧИНА МЕТАМАГНИТНОГО ПЕРЕХОДА В EuMn0,5Co0,5O3

The magnetic properties of perovskite EuMn0.5Co0.5O3, obtained under different synthesis conditions, have been studied. It is shown that the sample obtained at 1500 °C exhibits a metamagnetic transition, whereas in the sample obtained at 1200 °C, the field dependence of magnetization as in a ferromagnet was observed. The both samples have TC = 123 K and approximately equal to magnetization in large magnetic fields. Metamagnetism is associated with a transition from a noncollinear to a collinear magnetic phase, whereas the presence of clusters with the ordering of Co2+ and Mn4+ ions leads to ferromagnetism. The noncollinear phase is formed due to the competition of positive Co2+–Mn4+ and negative Mn4+–Mn4+, Co2+–Co2+ interactions and due to large magnetic anisotropy.Исследованы магнитные свойства перовскита EuMn0,5Co0,5O3, полученного при различных условиях синтеза. Показано, что образец, полученный при 1500 °С, проявляет метамагнитный переход, тогда как у образца, полученного при 1200 °С, наблюдалась полевая зависимость намагниченности, характерная для ферромагнетиков. Оба образца имеют температуру Кюри TC = 123 К и приблизительно равную намагниченность в больших магнитных полях. Метамагнетизм связан с переходом из неколлинеарной в коллинеарную магнитную фазу, тогда как наличие кластеров с упорядочением ионов Co2+ и Mn4+ ведет к ферромагнетизму. Неколлинеарная фаза образуется вследствие конкуренции положительных Co2+–Mn4+ и отрицательных Mn4+–Mn4+, Co2+–Co2+ взаимодействий, а также наличия большой магнитной анизотропии

Кристаллическая структура, магнитные и упругие свойства Sr0,8 Y0,2, Co2,65

Communicated by Corresponding Member Fedor P. KorshunovA comprehensive study of the crystal structure, magnetic and elastic properties of layered cobaltite Sr0,8Y0,2CoO2,65 with a perovskite-type structure was carried out. It is established that the magnetic ordering in this composition is accompanied by a structural transition. The Neel temperature (TN) is 375 K. The unit cell volume at TN increases as a result of the orbital ordering in the CoO5 pyramids connected by the vertices in the anion-deficient layers. The main magnetic structure is an antiferromagnetic G-type structure with a small ferromagnetic component. The non-collinear magnetic structure is stabilized by the ferromagnetic bonds between the cobalt ions in the CoO5 pyramids. Co3+ ions in the both layers are in the mixed low-spin (LS)/high-spin (HS) state. The temperature dependence of the electrical resistivity has a semiconductor character. The large resistivity value and small magnetoresistance indicate a good stability of the semiconductor antiferromagnetic state of this composition.Представлено членом-корреспондентом Ф. П. КоршуновымПроведено комплексное исследование кристаллической структуры, магнитных и упругих свойств слоистого кобальтита Sr0,8Y0,2CoO2,65 со структурой типа перовскита. Установлено, что магнитное упорядочение в этом составе сопровождается структурным переходом. Температура Нееля (TN) равна 375 К. Увеличение объема элементарной ячейки при данной температуре происходит в результате орбитального упорядочения в пирамидах CoO5, сочлененных вершинами в анион-дефицитных слоях. Основная магнитная структура является антиферромагнитной структурой G-типа с небольшой ферромагнитной компонентой. Неколлинеарная магнитная структура стабилизируется за счет ферромагнитных связей между ионами кобальта в пирамидах CoO5. Ионы Co3+ в обоих слоях находятся в смешанном низкоспиновом (LS)/высокоспиновом (HS) состоянии. Зависимость удельного электросопротивления от температуры носит полупроводниковый характер. Большое значение удельного электросопротивления и малая величина магнитосопротивления указывают на хорошую стабильность полупроводникового антиферромагнитного состояния данного состава