vestifmИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-математических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physics and Mathematics Series1561-24302524-2415The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-2430-2020-56-2-224-231vestifm-524Research ArticleФИЗИКАPHYSICSУпругие, магнитные и электрические свойства кобальтитов Sr1–уyуCoO3–x в области составов 0,2 ≤ у ≤ 0,3The elastic, magnetic, and electrical properties of Sr1–уYуCoO3–x cobaltites in the composition range 0.2 ≤ y ≤ 0.3БушинскийМ. В.BushinskyM. V.

Бушинский Максим Владиславович – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск

Maxim V. Bushinsky – Ph. D. (Physics and Mathematics), Senior Researcher

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk

bushinsky@physics.byТерешкоН. В.TereshkoN. V.

Терешко Нина Викторовна – кандидат физикоматематических наук, старший научный сотрудник

ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск

Nina V. Tereshko – Ph. D. (Physics and Mathematics), Senior Researcher

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk

tereshko@physics.byЧоботА. Н.ChobotA. N.

Чобот Александра Николаевна – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск

Aleksandra N. Chobot – Ph. D. (Physics and Mathematics), Senior Researcher

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk

a.n.chobot@tut.byМантыцкаяО. С.MantytskayaO. S.

Мантыцкая Ольга Станиславовна – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

ул. П. Бровки, 19, 220072, Минск

Mantytskaya Olga Stanislavovna – Ph. D. (Physics and Mathematics), Senior Researcher

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk

mantytskaja@physics.byФедотоваВ. В.FedotovaV. V.

Федотова Вера Васильевна – кандидат физикоматематических наук, старший научный сотрудник

ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск

Vera V. Fedotova – Ph. D. (Physics and Mathematics), Senior Researcher

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk

fedotova@physics.byЧоботГ. М.ChobotG. M.

Чобот Геннадий Михайлович – кандидат физико-математических наук, доцент

пр. Независимости, 99, 220023, г. Минск

Gennadii M. Chobot – Ph. D. (Physics and Mathematics), Assistant Professor

99, Nezavisimosti Ave., 220023, Minsk

g.m.chobot@tut.byПастушонокС. Н.PastushonokS. N.

Пастушонок Софья Николаевна – кандидат физико-математических наук, доцент

пр. Независимости, 220, 220057, г. Минск

Sofija N. Pastushonok – Ph. D. (Physics and Mathematics), Assistant Professor

220, Nezavisimosti Ave., 220057, Minsk

sn195333@gmail.comНаучно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедениюScientific-Practical Materials Research Centre of the National Academy of Sciences of BelarusБелорусский государственный аграрный технический университетBelarusian State Agrarian Technical UniversityВоенная академия Республики БеларусьMilitary Academy of the Republic of Belarus202008072020562224231Copyright © Бушинский М.В., Терешко Н.В., Чобот А.Н., Мантыцкая О.С., Федотова В.В., Чобот Г.М., Пастушонок С.Н., 20202020Бушинский М.В., Терешко Н.В., Чобот А.Н., Мантыцкая О.С., Федотова В.В., Чобот Г.М., Пастушонок С.Н.Bushinsky M.V., Tereshko N.V., Chobot A.N., Mantytskaya O.S., Fedotova V.V., Chobot G.M., Pastushonok S.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestifm.belnauka.by/jour/article/view/524

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.

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.

фазовые превращениямагнитные материалыслоистые кобальтитынамагниченностьудельное сопротивлениемикроструктураphase transitionsmagnetic materialslayered cobaltitesmagnetizationresistivitymicrostructureReferencesWithers, R. L. Atomic ordering in the doped rare earth cobaltites Ln0.33Sr0.67CoO3−δ (Ln = Y3+, Ho3+ and Dy3+) / R. L. Withers, M. James, D. J. Goossens // J. Solid State Chem. – 2003. – Vol. 174, № 1. – P. 198–208. https://doi.org/10.1016/s0022-4596(03)00227-5Withers R. L., James M., Goossens D. J. Atomic ordering in the doped rare earth cobaltites Ln0.33Sr0.67CoO3−δ (Ln = Y3+, Ho3+ and Dy3+). Journal of Solid State Chemistry, 2003, vol. 174, no. 1, pp. 198–208. https://doi.org/10.1016/s0022-4596(03)00227-5Structural and magnetic properties of Y0.33Sr0.67CoO2.79 / D. J. Goossens [et al.] // Phys. Rev. B. – 2004. - Vol. 69, № 13. – P. 134411-1–134411-6. https://doi.org/10.1103/physrevb.69.134411Goossens D. J., Wilson K. F., James M., Studer A. J., Wang X. L. Structural and magnetic properties of Y 0.33Sr0.67CoO2.79. Physical Review B, 2004, vol. 69, no. 13, pp. 134411-1–134411-6. https://doi.org/10.1103/physrevb.69.134411Structure-property relationship in the ordered-perovskite-related oxide Sr3.12Er0.88Co4O10.5 / S. Ishiwata [et al.] // Phys. Rev. B. – 2007. – Vol. 75, № 22. – P. 220406-1–220406-4. https://doi.org/10.1103/physrevb.75.220406Ishiwata S., Kobayashi W., Terasaki I., Kato K., Takata M. Structure-property relationship in the ordered-perovskite-related oxide Sr 3.12Er0.88Co4O10.5. Physical Review B, 2007, vol. 75, no. 22, pp. 220406-1–220406-4. https://doi.org/10.1103/physrevb.75.220406Field-induced spin-state transition in the perovskite cobalt oxide Sr1−xYxCoO3−δ / S. Kimura [et al.] // Phys. Rev. B. – 2008. – Vol. 78, № 18. – P. 180403-1–180403-4. https://doi.org/10.1103/physrevb.78.180403Kimura S., Maeda Y., Kashiwagi T., Yamaguchi H., Hagiwara M., Yoshida S., Terasaki I., Kindo K. Field-induced spin-state transition in the perovskite cobalt oxide Sr1−xYxCoO3−δ. Physical Review B, 2008, vol. 78, no. 18, pp. 180403-1– 180403-4. https://doi.org/10.1103/physrevb.78.180403Correlation of chemical coordination and magnetic ordering in Sr3YCo4O10.5+δ (δ=0.02 and 0.26) / D. V. Sheptyakov [et al.] // Phys. Rev. B. – 2009. – Vol. 80, № 9. – P. 024409-1–024409-8. https://doi.org/10.1103/physrevb.80.099902Sheptyakov D. V., Pomjakushin Yu. V., Drozhzhin O. A., Istomin S. Ya., Antipov E. V., Bobrikov I. A., Balagurov A. M. Correlation of chemical coordination and magnetic ordering in Sr3YCo4O10.5+δ (δ=0.02 and 0.26). Physical Review B, 2009, vol. 80, no. 9, pp. 024409-1–024409-8. https://doi.org/10.1103/physrevb.80.099902Troyanchuk, I. O. Effect of iron doping on magnetic properties of Sr0.78Y0.22O2.65+δ- layered perovscite / I. O. Troyanchuk, D. V. Karpinsky, A. P. Sazonov // J. Mater. Sci. – 2009. – Vol. 44, № 21. – P. 5900–5908. https://doi.org/10.1007/s10853-009-3835-7Troyanchuk I. O., Karpinsky D. V., Sazonov A. P. Effect of iron doping on magnetic properties of Sr0.78Y0.22O2.65+δ- layered perovscite. Journal of Materials Science, 2009, vol. 44, no. 21, pp. 5900–5908. https://doi.org/10.1007/s10853-009-3835-7Complex room-temperature ferrimagnetism induced by zigzag stripes of oxygen vacancies in Sr3YCo4O10+δ / D. D. Khalyavin [et al.] // Phys. Rev. B. – 2011. – Vol. 83, № 14. – P. 140403-1–140403-4. https://doi.org/10.1103/physrevb.83.140403Khalyavin D. D., Chapon L. C., Suard E., Parker J. E., Thompson S. P., Yaremchenko A. A., Kharton V. V. Complex room-temperature ferrimagnetism induced by zigzag stripes of oxygen vacancies in Sr3YCo4O10+δ. Physical Review B, 2011, vol. 83, no. 14, pp. 140403-1–140403-4. https://doi.org/10.1103/physrevb.83.140403Троянчук, И. О. Фазовый переход в CaMn3(Mn33+Mn4+)O12 со структурой перовскита / И. О. Троянчук, А. Н. Чобот // Кристаллография. – 1997. – Т. 42, № 6. – С. 1058–1065.Troyanchuk I. O., Chobot A. N. Phase transition in CaMn3(Mn33+Mn4+)O12 with perovskite structure. Kristallografiya = Crystallography, 1997, vol. 42, no. 6, pp. 105–-1065 (in Russian).Magnetic and structural phase transitions in some orthocobaltites doped by Ba or Sr ions / I. O. Troyanchuk [et al.] // J. Phys.: Condens. Matter. – 1998. – Vol. 10, № 28. – P. 6381–6389. https://doi.org/10.1088/0953-8984/10/28/017Troyanchuk I. O., Kasper N. V., Khalyavin D. D., Chobot A. N., Chobot G. M., Szymczak H. Magnetic and structural phase transitions in some orthocobaltites doped by Ba or Sr ions. Journal of Physics: Condensed Matter, 1998, vol. 10, no. 28, pp. 6381–6389. https://doi.org/10.1088/0953-8984/10/28/017Фазовые превращения в перовскитах TbBaCo2–xFexO5+γ / И. О. Троянчук [и др.] // ЖЭТФ. – 2002. – Т. 122, вып. 4 (10). – С. 863–868.Troyanchuk I. O., Chobot A. N., Khalyavin D. D., Szymczak R., Szymczak H. Fazovyye prevrashcheniya v perovskitakh TbBaCo 2–xFexO5+g Phase transformations in perovskites TbBaCo2-xFexO5+γ]. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 2002, vol. 95, no. 4, pp. 748–752. https://doi.org/10.1134/1.1520607Кристаллическая структура, магнитные и упругие свойства Sr0.8Yr0.2CoO2.65 / М. В. Бушинский [и др.] // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2019. – Т. 63, № 5. – С. 542–547. https://doi.org/10.29235/1561-8323-2019-63-5-542-547Bushinsky M. V., Tereshko N. V., Chobot A. N., Mantytskaya O. S., Chobot G. M., Dobryansky V. M., Pastushonok S. N. Crystal structure, magnetic and elastic properties of Sr0.8Y0.2CoO2.65. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2019, vol. 63, no. 5, pp. 542–547 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8323-2019-63-5-542-547

The authors declare that there are no conflicts of interest present.