Search for New Halfmetallic Double Perovskites: Aliovalent Substitution Effect in (Sr,La)<sub>2</sub>FeTaO<sub>6</sub>

No Thumbnail Available

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Helsinki University of Technology | Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author

Authors

Date

2005

Department

Kemian tekniikan osasto

Major/Subject

Epäorgaaninen kemia

Mcode

Kem-35

Degree programme

Language

en

Pages

89+9

Series

Abstract

Sähkönjohtavuudeltaan metalliset ja magneettisesti järjestäytyneet A2B'B"O6 tyyppiset kaksoisperovskiitit ovat lupaavia materiaaleja uuden spintroniikka-teknologian sovelluksiin. Näistä Sr2FeMoO6 -yhdisteellä havaittiin ensimmäisenä voimakas tunneloitumistyyppinen magnetoresistiivisyys (TMR) ilmiö jopa huoneenlämpötilassa ja alhaisen ulkoisen magneettikentän vaikutuksesta. Yhdiste on ferrimagneettinen metalli, jonka Curie lämpötila (Tc) on huoneenlämpötilan yläpuolella ja sen johtavien elektronien spinit ovat polarisoituneet. Tällaisia ferro- tai ferrimagneettisia materiaaleja, joiden varauksenkuljettajat ovat täysin spin-polarisoituneet, kutsutaan englannin kielessä nimellä "halfmetal", joka on siis eri kuin puolimetalli tai -johde. TMR-ilmiö on ominainen näille materiaaleille. Sr2FeMoO6:lla on havaittu sisäinen varauksensiirto muodollisesti kolmenarvoisen raudan ja viidenarvoisen molybdeenin välillä. Tämän varauksensiirron, nk. sekavalenssin, mahdollistaa Fe:n ja Mo:n korkea järjestäytymisaste kaksoisperovskiittirakenteessa. Jos varausero B-kationeiden välillä ei ole riittävän suuri, järjestäytymistä ei esiinny ja tämä havaitaan esim. A2FeIIIB"vO6 yhdisteissä. Kahdenarvoisen A-kationin korvaaminen osittain korkeavalenssisemmalla alkuaineella saattaa pelkistää B-paikoilla sijaitsevien siirtymämetallien valenssia riittävästi ja tätä kautta aiheuttaa rakenteen järjestäytymisen ja myös varauksensiirron Fe:n ja B":n kesken. Kaksoisperovskiitit ovat kiinnostavia myös kiderakenteensa kannalta. Perovskiitit omaavat monia funktionaalisia ominaisuuksia ja pienet yksityiskohdat rakenteessa vaikuttavat oleellisesti yhdisteen sekä fysikaalisiin että kemiallisiin piirteisiin. Niinpä tarkka rakennemääritys perovskiittimateriaaleille on tärkeää. Tämän työn kirjallisuusosassa käsiteltävät rakenteelliset tekijät toimivat pohjatietona varsinaiselle rakenneanalyysille. Lisäksi järjestäytymättömien FeIII - B"v -kaksoisperovskiittien ominaisuuksia käsitellään yksityiskohtaisesti. Kokeellisessa osassa valmistettiin ensimmäistä kertaa (Sr1-xLax)2FeTaO6 -systeemi. Näytesarjan havaittiin kestävän substituoimisen x=0.3 pitoisuuteen asti. Näytteistä otetut pyyhkäisyelektronimikroskooppikuvat osoittavat La:n edistävän homogeenista kiteytymistä. Termogravimetristen mittausten perusteella yhdisteet olivat stoikiometrisia ja huolellinen rakenneanalyysi varmisti järjestäytymisasteen rakenteessa kasvavan La:n määrän mukana. Magneettiset mittaukset osoittivat näytteiden järjestyvän antiferromagneettisesti ja Néelin lämpötilan (TN) nousevan substituution myötä. 57Fe Mössbauer spektroskopia osoitti raudalla olevan osittaisen sekavalenssin, jonka osuus kasvoi suhteessa substituutioasteeseen. XANES-spektroskopian tulokset tukivat Mössbauer-mittausten tuloksia ja osoittivat lisäksi Ta:n hapetusasteen laskevan La -pitoisuuden kasvaessa. Työssä tutkittiin myös tunnettuja halfmetal-yhdisteitä, jotta saataisi tietoa halfmetal-ominaisuuteen vaikuttavista rakennetekijöistä. (Ca,Sr,Ba)2FeMoO6 -yhdisteille tehdyt vyörakennelaskut antoivat teoreettisen tuen sille, että sekavalenssitila Fe:n ja Mo:n välillä muuttuu isovalenttisen substituution myötä. Erilliset laskut Ba2FeMoO6:lle osoittivat, että spin-polarisoituiniseen näyttäisi suurimmalta osalta vaikuttavan hapen ja B-kationeiden suhteellinen etäisyys toisistaan. Sen sijaan rakenteellisen symmetrian ja hilaparametrien osuus ei vaikuta olevan kovin merkittävä.

Description

Supervisor

Niinistö, Lauri

Thesis advisor

Karppinen, Maarit

Keywords

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020120451457

Collections

[dipl] Teknillinen korkeakoulu / TKK