Επίδραση του μεγέθους και της στοιχειομετρίας των ιόντων στην τροχιακή και μαγνητική τάξη σε ενώσεις τύπου περοβσκίτη του Mn

Abstract

In manganese perovskites, the Colossal Magnetoresistance (CMR) phenomenon includes a complex coupling among charge, orbital and spin freedom degrees of manganese magnetic ions. The powerful interplay between electron and phonon and its correlation with the dynamic Jahn-Teller (J-T) lattice distortions could contribute to the microscopic interpretation on the CMR phenomenon. Manganese perovskites of the type LaMn1-xBxO3 (B: transition metal as well as other metalloid element) seem to be ideal systems for studying the close relationship, governing the cooperative J-T lattice deformation, the magnetic interactions of Double-Exchange (DE) / Super-Exchange (SE) and the orbital degeneration.In the present work, a thermodynamic study of the J-T transition (depending on the electron-phonon coupling) in LaMn1-xBxO3 compounds is carried out for the first time. The nature of indirect SE or DE interactions among Mn3+, Mn4+, Cr3+, Fe3+ and Ga3+ ions is also investigated. The aim of the present work is to reveal the strong correlation between orbital and magnetic ordering in LaMn1-xCrxO3, LaMn1-xFexO3, LaMn1-xGaxO3 and LaMn1-xCrxO3+δ compounds, affected by the change of average ionic radius at B-site, and the non-stoichiometry factor of oxygen, δ.It is concluded that the correlations of the local J-T lattice distortions are completely weakened at lower concentrations of impurities, x, while the establishment both isotropic SE-FM Mn3+-Mn3+ interactions and «Pseudocubic» phase is taking place at higher concentrations. The weakening of the cooperative J-T deformation seems to be affected not only by the change of the , but also by the nature of spin interactions among Cr3+, Fe3+, Ga3+ and Mn3+ ions. The results probably show that the magnetic interaction between Mn3+-Cr3+ is not DE. In general, the strong coupling of orbital and magnetic ordering in these compounds is highlighted.

Στους περοβσκίτες του Mn το φαινόμενο της κολοσσιαίας μαγνητοαντίστασης (Colossal Magnetoresistance-CMR), περιλαμβάνει μία πολύπλοκη σύζευξη ανάμεσα στους βαθμούς ελευθερίας φορτίου, τροχιακών και ιδιοστροφορμών των μαγνητικών ιόντων του Mn. Η ισχυρή σύζευξη ηλεκτρονίου-φωνονίου και η συσχέτισή της με τις δυναμικές παραμορφώσεις J-T του πλέγματος θα μπορούσαν να συμβάλλουν στη μικροσκοπική ερμηνεία του φαινομένου της CMR. Οι περοβσκίτες του Mn του τύπου LaMn1-xBxO3 (B: μέταλλο μεταπτώσεως όσο και άλλο μεταλλοειδές στοιχείο) αποτελούν ιδανικά συστήματα για να μελετηθεί η στενή σχέση που διέπει τη συλλογική J-T παραμόρφωση του πλέγματος, τις μαγνητικές αλληλεπιδράσεις διπλής ανταλλαγής (Double Exchange-DE) και υπερανταλλαγής (Superexchange-SE) και τον τροχιακό εκφυλισμό.Στην παρούσα εργασία πραγματοποιείται για πρώτη φορά θερμοδυναμική μελέτη της μετάβασης Jahn-Teller (J-T) (η οποία εξαρτάται από την σύζευξη ηλεκτρονίου-φωνονίου) σε ενώσεις LaMn1-xBxO3 και διερευνάται η φύση των έμμεσων SE ή DE αλληλεπιδράσεων ανάμεσα στα ιόντα Mn3+, Mn4+, Cr3+, Fe3+ και Ga3+. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να φανερωθεί η ισχυρή συσχέτιση μεταξύ τροχιακής και μαγνητικής τάξης στις ενώσεις LaMn1-xCrxO3, LaMn1-xFexO3, LaMn1-xGaxO3 και LaMn1-xCrxO3+δ, υπό την επίδραση της μεταβολής της μέσης ιοντικής ακτίνας στη θέση Β του πλέγματος, και του παράγοντα μη στοιχειομετρίας του O2, δ.Συμπεραίνεται, ότι σε χαμηλότερες συγκεντρώσεις προσμίξεων, x, αποδυναμώνονται πλήρως οι συσχετίσεις των τοπικών J-T παραμορφώσεων του πλέγματος, ενώ σε υψηλότερες συγκεντρώσεις προσμίξεων, x, πραγματοποιείται η εγκατάσταση των ισότροπων SE-FM Mn3+-Mn3+ αλληλεπιδράσεων και της «Ψευδοκυβικής» φάσης. Η εξασθένιση της συλλογικής παραμόρφωσης J-T φαίνεται να επηρεάζεται εκτός από την και από τη φύση των αλληλεπιδράσεων των ιδιοστροφορμών των Cr3+, Fe3+, Ga3+ με τα Mn3+, ενώ πιθανόν η αλληλεπίδραση Mn3+-Cr3+ δεν είναι DE. Εν γένει αναδεικνύεται η ισχυρή σύζευξη της τροχιακής και μαγνητικής τάξης στις εν λόγω ενώσεις.