Магнитная фазовая диаграмма твердого раствора Fe1−xCoxCr2S4(0< x< 1)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Измерены магнитные свойства твердых растворов Fe1–xCoxCr2S4 (0 < x < 1) в интервале температур 5–300 К в переменном магнитном поле. Динамические свойства измерялись при частотах 100, 1000 и 10 000 Гц и амплитуде, увеличенной до 15 Э, что позволило четко отследить температуры переходов, а также определить характер магнитных переходов при пониженных температурах. На основании измеренных динамических свойств построена магнитная фазовая диаграмма системы FeCr2S4–CoCr2S4. Показано, что основное поле занимают парамагнетик, ферримагнетик и возвратное спиновое стекло. Найдено, что все образцы являются ферримагнетиками с температурами Кюри, увеличивающимися от 185 К (x = 0) до 223 К (x = 1) с ростом концентрации вводимого кобальта.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Г. Г. Шабунина

Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова Российской академии наук

Email: busheva@igic.ras.ru
Россия, Ленинский пр., 31, Москва, 119991

Е. В. Бушева

Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: busheva@igic.ras.ru
Россия, Ленинский пр., 31, Москва, 119991

П. Н. Васильев

Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова Российской академии наук

Email: busheva@igic.ras.ru
Россия, Ленинский пр., 31, Москва, 119991

А. Д. Денищенко

Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова Российской академии наук

Email: busheva@igic.ras.ru
Россия, Ленинский пр., 31, Москва, 119991

Н. Н. Ефимов

Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова Российской академии наук

Email: busheva@igic.ras.ru
Россия, Ленинский пр., 31, Москва, 119991

Список литературы

  1. Gibart P., Dormann I.L., Pellerin Y. Magnetic properties of FeCr2S4 and CoCr2S4 // Phys. Status Solidi. 1969. V. 36. № 2. P. 187–194. https://doi.org/10.1002/pssb.19690360120
  2. Аминов Т.Г., Бушева Е.В., Шабунина Г.Г., Новоторцев В.М. Магнитная фазовая диаграмма твердых растворов в системе CoCr2S4–Cu0.5Ga0.5Cr2S4 // Журн. неорган. химии. 2018 Т. 63. № 4 С. 487–494. https://doi.org/10.7868/S0044457X18040141
  3. Sagredo V., Moron M.C., Delgado G.E. Magnetic properties of CoCr2S4 // Physica В. 2006. V. 384. P. 82. https://doi.org/10.1016/J.PHYSB.2006.05.156
  4. Kim C.S., Ha M.Y., Ko H.M. Crystallographic and magnetic properties of CoxFe1-xCr2S4 // J. Appl. Phys. 1994. V. 75. № 10. P. 6078–6080. https://doi.org/10.1063/1.355463
  5. Ramirez A.P., Cava R.J., Krajewski J. Colossal magnetoresistance in Cr-based chalcogenide spinels // Nature. 1997. V. 386. P. 156–159. https://doi.org/10.1038/386156a0
  6. Ahrenkiel R.K., Lee Т.Н., Lyu S.L., Moser F. Giant magneto-reflectance of CoCr2S4 // Solid State Commun. 1973. V. 12. P. 1113–1115. https://doi.org/10.1016/0038-1098(73)90124-5
  7. Weber S., Lunkenheimer P., Fichtl R., Hemberger I.et al. Colossal magnetocapacitance and colossal magnetoresistance in HgCr2S4 // Phys. Rev. Lett. 2006. V. 96. P. 157202. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.96.157202
  8. Sushkov A.B., Tchernyshyov O., Ratcliff W., Cheong S.W., Drew H.D. Probing spin correlations with phonons in the strongly frustrated magnet ZnCr2O4 // Phys. Rev. Lett. 2005. V. 94. P. 137202. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.94.137202
  9. Bergman D., Alicea J., Gull E., Trebst S., Balents L. Order-by-disorder and spiral spin-liquid in frustrated diamond-lattice antiferromagnets // Nat. Phys. 2007. V. 3. P. 487. https://doi.org/10.1038/nphys622
  10. Fritsch V., Hemberger J., Buttgen N., Scheidt E.-W. et al. Spin and orbital frustration in MnSc2S4 and FeSc2S4 // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 92. P. 116401. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.92.116401
  11. Ahrenkiel R.K., Coburn T.J., Carnall E.Jr. Magnetooptical properties of ferrimagnetic CoCr2S4 in the near infrared // IEEE Trans. Magn. 1974. V. 10. № 1. Р. 2–7. https://doi.org/10.1109/TMAG.1974.1058280
  12. Ahrenkiel R.K., Coburn T.J. Hot-pressed CoCr2S4: a magneto-optical memory material // Appl. Phys. Lett. 1973. V. 22. № 7. P. 340. https://doi.org/10.1063/1.1654663
  13. Tsurkan V., Zaharko O., Schrettle F., Kant Ch. et al. Structural anomalies and the orbital ground state in FeCr2S4 // Phys. Rev. В. 2010. V. 81. P. 184426. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.81.184426
  14. Shen C., Yang Z., Tong R., Li G. et al. Magnetic anomaly around orbital ordering in FeCr2S4 // J. Appl. Phys. 2011. V. 109. P. 07E144. https://doi.org/10.1063/1.3562449
  15. Fichtl R., Fritsch V., Krug von Nidda H.-A., Scheiht E.-W. et al. Orbital freezing and orbital glass state in FeCr2S4 // Phys. Rev. Lett. 2005. V. 94. P. 027601.https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.94.027601
  16. Maurer D., Tsurkan V., Horn S., Tidecks R. Ultrasonic study of ferrimagnetic FeCr2S4: evidence for low temperature structural transformation // J. Appl. Phys. 2003. V. 93. P. 9173–9176. https://doi.org/10.1063/1.1570930
  17. Shabunina G.G., Busheva E.V., Vasiliev P.N., Efimov N.N. Magnetic properties of solid solution Fe1−xAgxCr2S4 // Magnetochemistry. 2022. V. 8. № 10. P. 112. https://doi.org/10.3390/magnetochemistry8100112
  18. Аминов Т.Г., Шабунина Г.Г., Новоторцев В.М. Магнитные свойства твердых растворов (Cu0.5Ga0.5)1−x FexCr2S4 // Журн. неорган. химии. 2014. Т. 59. № 11. С. 1557–1569. https://doi.org/10.7868/S0044457X14110038
  19. Аминов Т.Г., Шабунина Г.Г., Бушева Е.В., Ефимов Н.Н. Магнитная диаграмма твердых растворов Fex(Cu0.5In0.5)1−xCr2S4 // Неорган. материалы. 2020. Т. 56. № 9. С. 931–942. https://doi.org/10.31857/S0002337X20090018
  20. Shirane G., Сох D.E., Pickart S.J. Magnetic Structures in FeCr2S4 and FeCr2O4 // J. Appl. Phys. 1964. V. 35. № 3. P. 954–955. https://doi.org/10.1063/1.1713556
  21. Lotgering F.K., Van-Stapele R.P., Van Der Steen J.H.A.M. et al. Magnetic properties, conductivity and ionic ordering in Fe1−xCuxCr2S4 // J. Phys. Chem. Solids. 1969. V. 30. № 4. P. 799–804. https://doi.org/10.1016/0022-3697(69)90274-1
  22. Palmer Н.М., Greaves С. Structural, magnetic and electronic properties of Fe0.5Cu0.5Cr2S4 // J. Mater. Chem. 1999. V. 9. P. 637–640 https://doi.org/10.1039/A809032G
  23. Tsurkan V., Baran M., Szymczak R., Szymczak H., Tidecks R. Spin-glass like states in the ferrimagnet FeCr2S4 // Physica B. 2001. V. 296. P. 301–305 https://doi.org/10.1016/S0921-4526(00)00760-2
  24. Аминов Т.Г., Шабунина Г.Г., Бушева Е.В. Динамическая восприимчивость тиохромита FeCr2S4 // Журн. неорган. химии. 2020. Т. 65. № 2. С. 197–203. https://doi.org/10.31857/S0044457X20020026
  25. Ahrenkiel R.K., Lee Т.Н., Lyu S.L., Moser F. Giant magneto-reflectance of CoCr2S4 // Solid State Commun. 1973. V. 12. P. 1113–1115. https://doi.org/10.1016/0038-1098(73)90124-5
  26. Noda R., Kamihara Y., Matoba M. Magnetic properties of Fe1−xCoxCr2S4 // J. Appl. Phys. 2006. V. 99. P.08F712 https://doi.org/10.1063/1.2177413
  27. Tretinger L., Gobel H., Pink H. Magnetic semiconducting spinel in the mixed system Co1−xFexCr2S4 // Mater. Res. Bull. 1976. V. 11. P. 1375–1379. https://doi.org/10.1016/0025-5408(76)90048-9
  28. Chul Sung Kim, Min Yong Ha, Heung Moon Ko. Crystallographic and magnetic properties of CoxFe1−x Cr2S4 // J. Appl. Phys. 1994. V. 75. № 10. P. 6078–6080. https://doi.org/10.1063/1.355463
  29. Шабунина Г.Г., Бушева Е.В., Васильев П.Н., Денищенко А.Д., Ефимов Н.Н. Магнитные свойства твердого раствора Fe1−xCoxCr2S4 в области, прилегающей к FeCr2S4 // Неорган. материалы. 2023. Т. 59. № 11. С. 1222–1233. https://doi.org/10.31857/S0002337X23110131
  30. Shabunina G.G., Busheva E.V., Vasilev P.N., Denishchenko A.D., Golodukhina S.V., Efimov N.N. Magnetic properties of Co1−xFexCr2S4 (x = 0–0.4) solid solutions // Phys. B: Condens. Matter. 2024. V. 691. Р. 416361. https://doi.org/10.1016/j.physb.2024.416361
  31. Mydosh J.A. Spin glasses: redux: an updated experimental/materials survey // Rep. Prog. Phys. 2015. V. 78. P. 052501. https://doi.org/10.1088/0034-4885/78/5/052501
  32. Аминов Т.Г., Бушева Е.В., Шабунина Г.Г., Новоторцев В.М. Магнитные свойства твердых растворов Cox(Cu0.5In0.5)1−xCr2S4 // Журн. неорган. химии. 2016. Т. 61. № 4. С. 482–490.
  33. Dey K., Karmakar A., Indra A., Majumdar S. et al. Termally assisted and magnetic field driven isostructural distortion of spinel structure and occurrence of polar order in CoCr2S4 // Phys. Rev. B. 2015. V. 92. P. 024401. https://doi.org/10.1103/PhysRevB. 92.024401

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимость параметра решетки Fe1−xCoxCr2S4 от состава.

Скачать (64KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Температурные зависимости действительной части магнитной восприимчивости χ′(Т) для FeCr2S4 при частотах переменного магнитного поля 10, 100, 1000 и 10 000 Гц и амплитуде 17 Э, на вставке — выделенная область возле Tf (а); температурные зависимости мнимой части магнитной восприимчивости χ″(Т) для FeCr2S4 при частотах 10–10 000 Гц и амплитуде 17 Э, на вставках — выделенные области возле Too и Tf (б).

Скачать (492KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Температурные зависимости действительной части магнитной восприимчивости твердого раствора Fe1−xCoxCr2S4 с x = 0.2 при частотах переменного магнитного поля 100, 1000 и 10 000 Гц и амплитуде 15 Э, на вставке — выделенная область возле Tf (а); температурные зависимости мнимой части магнитной восприимчивости χ″(Т) для Fe1−xCoxCr2S4 с x = 0.2 при частотах 100–10 000 Гц и амплитуде 15 Э, на вставках — выделенные области при низких температурах и возле Tf (б).

Скачать (511KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Температурные зависимости действительной части магнитной восприимчивости твердого раствора Fe1−xCoxCr2S4 с x = 0.4 при частотах переменного магнитного поля 100, 1000 и 10 000 Гц и амплитуде 15 Э, на вставке — выделенная область возле Tf (а); температурные зависимости мнимой части магнитной восприимчивости χ″(Т) для Fe1−xCoxCr2S4 с x = 0.4 при частотах 100–10 000 Гц и амплитуде 15 Э, на вставках — выделенные области при низких температурах и возле Tf (б).

Скачать (497KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Температурные зависимости действительной части магнитной восприимчивости твердого раствора Fe1−xCoxCr2S4 с x = 0.5 при частотах переменного магнитного поля 100, 1000 и 10 000 Гц и амплитуде 15 Э, на вставке — выделенная область возле Tf (а); температурные зависимости мнимой части магнитной восприимчивости χ″(Т) для Fe1−xCoxCr2S4 с x = 0.5 при частотах 100–10 000 Гц и амплитуде 15 Э, на вставках — выделенные области при низких температурах и возле Tf (б).

Скачать (490KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Температурные зависимости действительной части магнитной восприимчивости твердого раствора Fe1−xCoxCr2S4 с x = 0.6 при частотах переменного магнитного поля 100, 1000 и 10 000 Гц и амплитуде 15 Э, на вставке — выделенная область возле Tf (а); температурные зависимости мнимой части магнитной восприимчивости χ″(Т) для Fe1−xCoxCr2S4 с x = 0.6 при частотах 100–10 000 Гц и амплитуде 15 Э, на вставках — выделенные области при низких температурах и возле Tf (б).

Скачать (542KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Температурные зависимости действительной части магнитной восприимчивости твердого раствора Fe1−xCoxCr2S4 с x = 0.8 при частотах переменного магнитного поля 100, 1000 и 10 000 Гц и амплитуде 15 Э, на вставке — выделенная область возле Tf (а); температурные зависимости мнимой части магнитной восприимчивости χ″(Т) для Fe1−xCoxCr2S4 с x = 0.8 при частотах 100–10 000 Гц и амплитуде 15 Э, на вставке — выделенная область возле Tf (б).

Скачать (424KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Температурные зависимости действительной части магнитной восприимчивости твердого раствора Fe1−xCoxCr2S4 с x = 1 при частотах переменного магнитного поля 100, 1000 и 10 000 Гц и амплитуде 15 Э, на вставке — выделенная область возле Tf (а); температурные зависимости мнимой части магнитной восприимчивости χ″(Т) для Fe1−xCoxCr2S4 с x = 1 при частотах 100–10 000 Гц и амплитуде 15 Э, на вставке — выделенная область возле Tf (б).

Скачать (465KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Магнитная фазовая диаграмма системы FeCr2S4–CoCr2S4.

Скачать (71KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025