СИНТЕЗ, СТРУКТУРА И ЗЕРЕННОЕ СТРОЕНИЕ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ (1-x)BiFeO3-xYMnO3(x=0,40-0,50)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Изготовлены материалы на основе системы двух классических мультиферроиков, фер- рита висмута и манганита иттрия, (1-x)BiFeO3-xYMnO3(x=0,40, 0,45, 0,50), при различных условиях твердофазного синтеза. Всего выделено четыре режима, отличающихся температурами синтеза и временем выдержки. Методами рентгеноструктурного и рентгенофазового анализа исследована кристаллическая структура полученных объектов. Материалы имеют сложный многофазный и практически всегда морфотропный состав, в котором сосуществуют перовскитные фазы с разным искажением элементарной ячейки. В процессе синтеза не исключено образование моноклинной фазы. При температурах синтеза выше 900 °С практически всегда формируется фаза типа ферримагнетика YFeMnO5, а при более низких – фаза типа муллита Bi2Fe4O9. Изучено зеренное строение участков поверхности поперечных сколов полученных керамик. Проведенный анализ формирования микроструктуры в различных режимах синтеза показал, что при температурах спекания выше 900 °С морфология поверхности представляет собой набор из кристаллитов разной фракции, имеющих форму шестиугольных и прямоугольных призм. При температурах спекания ниже 900 °С отмечено наличие эффекта «окутывания» зерен частицами субмикронного размера. Этот эффект может быть связан с магнитными свойствами, но требует дополнительных исследований. Проведен рентгеноспектральный анализ элементного состава участков сколов. Вне зависимости от формы кристаллитов в их энергетических спектрах присутствуют линии, характерные для всех пяти компонент, входящих в изучаемую систему. Это может свидетельствовать об образовании смеси твердых растворов.

Об авторах

А. В Назаренко

Федеральный Исследовательский центр Южный Научный Центр Российской Академии Наук

Ростов-на-Дону, Российская Федерация

Е. В Глазунова

Южный Федеральный Университет

Ростов-на-Дону, Российская Федерация

Л. А Шилкина

Южный Федеральный Университет

Ростов-на-Дону, Российская Федерация

Д. В Стрюков

Федеральный Исследовательский центр Южный Научный Центр Российской Академии Наук

Ростов-на-Дону, Российская Федерация

А. Г Рудская

Южный Федеральный Университет

Ростов-на-Дону, Российская Федерация

Л. А Резниченко

Южный Федеральный Университет

Ростов-на-Дону, Российская Федерация

Список литературы

  1. Заславский А.И., Тутов А.Г. 1960. Структура нового антиферромагнетика BiFeO3. Доклады Академии наук СССР. 135(4): 815‒817.
  2. Filippetti A., Hill N.A. 2002. Coexistence of magnetism and ferroelectricity in perovskites. Physical Review B. 65: 195120. doi: 10.1103/PhysRevB.65.195120
  3. Smolenskii G.A., Bokov V.A., Isupov V.A., Krainik N.N., Nedlin G.H. 1968. Magnetically ordered ferroelectrics. Helvetica Physica Acta. 41: 1187‒1198
  4. Michel C., Moreau J.-M., Achenbach G.D., Gerson R., James W.J. 1969. The atomic structure of BiFeO3. Solid State Communications. 7(9): 701–704. doi: 10.1016/0038-1098(69)90597-3
  5. Catalan G., Scott J.F. 2009. Physics and applications of bismuth ferrite. Advanced Materials. 21(24): 2463‒2485. doi: 10.1002/adma.200802849
  6. Sosnowska I., Neumaier T.P., Steichele E. 1982. Spiral magnetic ordering in bismuth ferrite. Journal of Physics C: Solid State Physics. 15(23): 4835‒4846. doi: 10.1088/0022-3719/15/23/020
  7. Sando D., Barthélémy A., Bibes M. 2014. BiFeO3 epitaxial thin films and devices: past, present and future. Journal of Physics: Condensed Matter. 26: 473201. doi: 10.1088/0953-8984/26/47/473201
  8. Huang Z.J., Cao Y., Sun Y.Y., Xue Y.Y., Chu C.W. 1997. Coupling between the ferroelectric and antiferromagnetic orders in YMnO3. Physical Review B. 56(4): 2623. doi: 10.1103/PhysRevB.56.2623
  9. Lonkai Th., Tomuta D.G., Amann U., Ihringer J., Hendrikx R.W.A., Többens D.M., Mydosh J.A. 2004. Development of the high-temperature phase of hexagonal manganites. Physical Review B. 69(13): 134108. doi: 10.1103/PhysRevB.69.134108
  10. Goldschmidt V.M. 1927. Geochemisca veterlun. Oslo, Norske Videnkap: 1‒27.
  11. Gupta H.C., Ashdhir P. 1999. Lattice dynamics of orthorhombic perovskite YMnO3. Physica B: Condensed Matter. 262(1–2): 1‒4. doi: 10.1016/S0921-4526(98)00661-9
  12. Alonso J.A., Martínez-Lope M.J., Casais M.T., Fernández-Díaz M.T. 2000. Evolution of the Jahn ‒ Teller distortion of MnO6 octahedra in RMnO3 perovskites (R = Pr, Nd, Dy, Tb, Ho, Er, Y): A neutron diffraction study. Inorganic Chemistry. 39(5): 917‒923. doi: 10.1021/ic990921e
  13. Fournier J.-M. 1993. Chemical pressure in actinide systems. Physica B: Condensed Matter. 190(1): 50‒54. doi: 10.1016/0921-4526(93)90441-8
  14. Nazarenko A.V., Razumnaya A.G., Kupriyanov M.F., Kabirov Yu.V., Rudskaya A.G., Teslenko P.Yu., Kofanova N.B. 2011. Specific features of structural states in the BiFeO3–YMnO3 solid solutions. Physics of the Solid State. 53(8): 1599‒1602. doi: 10.1134/S106378341108021X
  15. Yokosawa T., Belik A.A., Asaka T., Kimoto K., Takayama-Muromachi E., Matsui Y. 2008. Crystal symmetry of BiMnO3: electron diffraction study. Physical Review B. 77(2): 024111. doi: 10.1103/PhysRevB.77.024111
  16. Tripathy S.N., Mishra K.K., Sen S., Mishra B.G., Pradhan D.K., Palai R., Pradhan D.K. 2013. Phase transition and magneto-electric coupling of BiFeO3–YMnO3 multiferroicnanoceramics. Journal of Applied Physics. 114(14): 144104. doi: 10.1063/1.4824061
  17. Михайлов В.И., Довгий В.Т., Линник А.И., Кравченко З.Ф., Каменев В.И., Кулик Н.Н., Бондарук А.В., Татарчук Д.Д., Давыдейко Н.В. 2017. Магнитные и диэлектрические свойства твердых растворов (1 − x)BiFeO3 – xYMnO3 – перспективных материалов для спинтроники. Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. 17(2): 500‒503.
  18. Михайлов В.И., Довгий В.Т., Линник А.И., Кравченко З.Ф., Каменев В.И., Кулик Н.Н., Бондарук A.B., Легенький Ю.А., Давыдейко Н.В. 2018. Магнитные и диэлектрические свойства композиционных мультиферроиков (1 − x)BiFeO3–xYMnO3. Физика и техника высоких давлений. 28(2): 52‒59.
  19. Dovgii V.T., Kulyk N.N., Bodnaruk A.V., Tatarchuk D.D. 2019. Magnetic and dielectric properties of solid solutions (1 − x)BiFeO3‒xYMnO3 multiferroics. Low Temperature Physics. 45(10): 1092‒1095. doi: 10.1063/1.5125910
  20. Algueró M., Quintana-Cilleruelo J.A., Peña O., Castro A. 2021. Magnetic properties across the YMnO3-BiFeO3 system designed for phase-change magnetoelectric response. Materials Science and Engineering B: Solid-State Materials for Advanced Technology. 266: 115055. doi: 10.1016/j.mseb.2021.115055
  21. Quintana-Cilleruelo J.Á., Veerapandiyan V.K., Deluca M., Algueró M., Castro A. 2019. Mechanosynthesis of the whole Y1−xBixMn1−xFexO3 perovskite system: structural characterization and study of phase transitions. Materials. 12(9): 1515. doi: 10.3390/ma12091515
  22. Quintana-Cilleruelo J.A., Castro A., Amorín H., Veerapandiyan V.K., Deluca M., Peña O., Algueró M. 2020. Ceramic processing and multiferroic properties of the perovskite YMnO3-BiFeO3 binary system. Journal of the American Ceramic Society. 103(9): 4846‒4858. doi: 10.1111/ jace.17211
  23. Pandey R., Pradhan L.K., Kumar P., Kar M. 2018. Double crystal symmetries and magnetic orderings in co-substituted (Y and Mn) bismuth ferrite. Ceramics International. 44(15): 18609‒18616. doi: 10.1016/j.ceramint.2018.07.085
  24. Шилкина Л.А., Глазунова Е.В., Вербенко И.А., Резниченко Л.А. 2019. Фазообразование феррита висмута. Вестник Луганского национального университета имени Владимира Даля. 7(25): 25‒28.
  25. Döbelin N., Kleeberg R. 2015. Profex: a graphical user interface for the Rietveld refinement program BGMN. Journal of Applied Crystallography. 48(5): 1573‒1580. doi: 10.1107/S1600576715014685
  26. Momma K., Izumi F. 2011. VESTA 3 for three-dimensional visualization of crystal, volumetric and morphology data. Journal of Applied Crystallography. 44(6): 1272‒1276. doi: 10.1107/S0021889811038970
  27. Du Y., Cheng Z., Yu Z., Dou S.X., Wang X., Liu L.Q. 2012. Hydrothermal synthesized bismuth ferrites particles: thermodynamic, structural, and magnetic properties. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 12(2): 1684‒1687. doi: 10.1166/jnn.2012.4642
  28. Craig D.C., Stephenson N.C. 1975. Structural studies of somebody-centered cubic phases of mixed oxides involving Bi2O3: The structures of Bi25FeO40 and Bi38ZnO60. Journal of Solid State Chemistry. 15(1): 1–8. doi: 10.1016/0022-4596(75)90264-9
  29. Espinosa G.P. 1962. Crystal chemical study of the rare-earth iron garnets. The Journal of Chemical Physics. 37(10): 2344‒2347. doi: 10.1063/1.1733008
  30. Muñoz A., Alonso J.A., Martínez-Lope M.J., Martínez J.L. 2004. Synthesis, structural, and magnetic characterization of a new ferrimagnetic oxide: YFeMnO5. Chemistry of Materials. 16(21): 4087‒4094. doi: 10.1021/cm049239v
  31. Moreira dos Santos A., Cheetham A.K., Atou T., Syono Y., Yamaguchi Y., Ohoyama K., Chiba H., Rao C.N.R. 2002. Orbital ordering as the determinant for ferromagnetism in biferroic BiMnO3. Physical Review B. 66: 064425. doi: 10.1103/PhysRevB.66.064425
  32. Rasti J. 2019. Study of the grain size distribution during preheating period prior to the hot deformation in AISI 316L austenitic stainless steel. Physics of Metals and Metallography. 120(6): 584‒592. doi: 10.1134/S0031918X19060103
  33. Tian Z.M., Yuan S.L., Wang X.L., Zheng X.F., Yin S.Y., Wang C.H., Liu L. 2009. Size effect on magnetic and ferroelectric properties in Bi2Fe4O9 multiferroic ceramics. Journal of Applied Physics. 106(10): 103912. doi: 10.1063/1.3259392

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Издательство «Наука», 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах