Диэлектрические свойства катион-замещенных селенидов марганца

<Тешетневс^ие чтения. 2016

боростроения. Особенно важным является использование данного сплава в медицине [2; 3]. Благодаря накопленным знаниям область применения данного материала непрерывно расширяется.

Мартенситные превращения в данном сплаве можно описать на основе разных моделей, но наиболее адекватным, по нашему мнению, является кластерное моделирование [4]. Преимущество кластерной модели, по сравнению с зонной теорией, состоит в том, что она позволяет учитывать возможность перемещения атомов в процессе мартенситного превращения.

Последние исследования, проведенные нами [5], показали, что исследуемый материал может обладать магнитными свойствами. В связи с этим проведение теоретического обоснования возможности появления магнитных состояний в сплаве на основе кластерной модели является актуальной задачей.

В данной работе проведены теоретические расчеты плотности электронных состояний и магнитных моментов для кластеров сплава №5№49 со структурой Франка-Каспера (ФК-12 и ФК-16), подвергнутого пластической деформации. Расчет электронных состояний проводился методом рассеяных волн (РВ) для электронов с разными проекциями спинов: «вверх» и «вниз». Полученные данные по магнитным моментам свидетельствуют об их возрастании при растяжении образцов. Высокая плотность состояний на уровне Ферми позволяет сделать вывод, что в данном сплаве могут реализоваться магнитные состояния.

Библиографические ссылки

1. Физико-механические свойства и структура сверхэластичных пористых сплавов на основе нике-лида титана / В. Э. Гюнтер, Ю. Ф. Ясенчук, А. А. Клопотов, В. Н. Ходоренко // Письма в ЖТФ. 2000. Т. 26, вып. 1. С. 71-76.

2. Гюнтер В. Э., Домбаев Г. Ц., Сысолятин П. Г. и др. Медицинские материалы и имплантанты с памятью формы. Томск : ТГУ, 1998. 486 с.

3. Функциональные композиционные материалы «биокерамика-никелид титана» для медицины / В. И. Итин, Н. А. Шевченко, Е. Н. Коростелева, А. А. Тухфатуллин, М. 3. Миргазизов, В. Э. Гюнтер // Письма в ЖТФ. 1997. Т. 23, № 8. С. 1-6.

4. Kveglis L. I., Volochaev M. N., Dzhes A. V., Noskov F. M. Magnetic properties of plastically deformed nickel-titanium alloy // VI Euro-Asian Symposium "Trends in MAGnetism" (EASTMAG-2016): Abstracts. Krasnoyarsk, Kirensky Institute of Physics, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch. P. 421.

5. Квеглис Л. И., Носков Ф. М., Волочаев М. Н., Джес А. В. Мартенситные превращения в никелиде титана через промежуточную фазу с ГЦК-решеткой // Физ. мезомех. 2016. Т. 19, № 2. С. 100-107.

References

1. Gunter V. E., Yasenchuk Y. F., Klopotov A. A., Khodorenko V. N. / Physical and mechanical properties and structure of the porous alloy superelastic TiNi // Technical Physics Letters. 2000. Vol 26, № 1. P. 71-76.

2. Gunter V. E., Dombaev G. T., Sysolyatin P. G. et al. Medical Materials and Implants with Shape Memory. Tomsk : TSU, 1998. 486 p.

3. Itin V. I., Shevchenko N. A., Korostelyova E. N., Tuhfatullin A. A., Mirgazizov M. Z., Gunter V. E. Functional composites "bioceramics titanium-nickel alloy" for medicine // Technical Physics Letters. 1997. Vol. 23, № 8. P. 1-6.

4. Kveglis L. I., Volochaev M. N., Dzhes A. V., Noskov F. M. Magnetic properties of plastically deformed nickel-titanium alloy // VI Euro-Asian Symposium "Trends in MAGnetism" (EASTMAG-2016): Abstracts. Krasnoyarsk, Kirensky Institute of Physics. P. 421.

5. Kveglis L. I., Noskov F. M., Volochaev M. N., Dzhes A. V. Martensite transformations in NiTi through an intermediate phase with fcc // Def. mezomeh. 2016. Vol. 19, № 2. P. 100-107.

© Дроздова А. К., Волочаев М. Н., Квеглис Л. И., Нявро А. В., Черепанов В. Н., 2016

УДК 54-165.2

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КАТИОН-ЗАМЕЩЕННЫХ СЕЛЕНИДОВ МАРГАНЦА

А. М. Живулько1,2, С. С. Аплеснин2, М. Н. Ситников2, К. И. Янушкевич1

!ГНПО «Научно-практический центр НАН Беларуси по материаловедению» Беларусь, 220072, г. Минск, ул. П. Бровки, 19

2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: alyona_panasevich@mail.ru

Синтезированы твердые растворы Mn1-xGdxSe (0 < х < 0,7) с ГЦК элементарной ячейкой типа NaCl пространственной группы Fm3m и антиферромагнитным упорядочением магнитных моментов ионов марганца. Измерена диэлектрическая проницаемость в интервале частот 1-1 000 кГц без магнитного поля и в магнитном поле при температурах 100 < Т < 500 К. Обнаружено уменьшение диэлектрической проницаемости в магнитном поле в области низких температур.

Ключевые слова: диэлектрические свойства, магнитоемкость, тангенс угла диэлектрических потерь.

Маноматериалы и нанотехнологии в азрокрсмической отрасли

DIELECTRIC PROPERTIES OF CATION - SUBSTITUTED MANGANESE SELENIDES

A. M. Zhivulko1,2, S. S. Aplesnin2, M. N. Sitnikov2, K. I. Yanushkevich1

Scientific-Practical Materials Research Centre NAS of Belarus 19, P. Brovki Street, Minsk, 220072, Belarus 2Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: alyona_panasevich@mail.ru

The researchers synthesize Mn1-xGdxSe (0 < x < 0,7) solid solutions with FCC unit cell lattice of NaCl type, space group Fm3m and with antiferromagnetic ordering of manganese ions magnetic moments. The dielectric permeability in the range of frequencies 1-1000 кГц and in the temperature range of 100 < T < 500 K are measured. The dielectric permeability decreasing in magnetic field is established at low temperatures.

Keywords: dielectric properties, magnetocapacitance, dielectric loss angle tangent.

Введение. При изучении температурных зависимостей электрического сопротивления и термоЭДС твердых растворов Mn1_xGdxSe концентраций х = 0,05; х = 0,1; х = 0,15 и соединения GdSe установлено, что в интервале температур ~80-900 К составы Mno.95Gdo.o5Se, Mno.9Gdo.1Se, Mno.85Gdo.15Se проявляют свойства полупроводников, обладают проводимостью />-типа. Электрическая проводимость соединения GdSe в интервале температур в указанном диапазоне температур является металлической. В твердых растворах Mn1_xGdxSe соединение GdSe выступает в качестве донорной примеси проводимости и-типа. Это наглядно проявилось как на температурных зависимостях 1па = ДТ), так и на температурных зависимостях коэффициента термоЭДС а = ДТ). Анализ основных причин, создающих условия для участия 3^-электронов катионов замещения Gd + 2 в Mn1_xGdxSe и Mn1_xGdxS в проводимости и-типа, приведен в работе [1]. Сопоставляя результаты выполненных исследований электрических свойств системы Mn1_xGdxSe с таковыми для Mn1_xGdxS [1], можно сделать вывод о том, что в селениде марганца замещение ионов марганца на гадолиний приводит к меньшим изменениям соответствующих электрических характеристик, чем в сульфиде марганца. В твердых растворах Mn1_xGdxSe имеет место наличие магнитного упорядочения. В связи с этим несомненный интерес представляет изучение изменения электроемкости и тангенса угла диэлектрических потерь в зависимости от индукции магнитного поля, состава в области температур существования магнитного упорядочения. Все это определило цель настоящей работы: изучение особенностей диэлектрических характеристик составов системы Mn1_xGdxSe в широком диапазоне температур.

Условия синтеза и эксперимента. Образцы твердых растворов Mn1_хGdхSe с шагом по концентрации х = 0,1 синтезированы методом твердофазных реакций. Необходимые количества порошков марганца, селена, гадолиния тщательно перемешивались и загружались в кварцевые ампулы с последующим ва-куумированием до 10-2 Па. Поскольку селен легкоплавкий и имеет температуру кипения 950 К, выше которой резко возрастает давление паров, то во избежание взрыва ампул использован ступенчатый режим

синтеза. Первые 24 часа спекание шихты происходило при температуре до ~ 720 К. Последующие 70 часов температура ампул выдерживались на уровне ~970 К. Далее температура поднималась до 1 370 К, и после двухчасовой выдержки следовала закалка в воде комнатной температуры. Продукты первичного синтеза представляли собой пористые и рыхлые спеки. После тщательного измельчения методом холодного прессования из полученных порошков изготавливались таблетки для отжига. Гомогенизирующий отжиг осуществлен при температуре 1 120 К. Далее температура поднималась до 1 370 К, и после двухчасовой выдержки следовала закалка в воде. При таких условиях синтезированы однородные прочные слитки серовато-серебристого цвета составов системы Mn1_хGdхSe. Результаты рентгеноструктурных исследований в Си Ха-излучении показали наличие в интервале концентраций 0 < х < 0,7 твердых растворов с кубической структурой пространственной группы S.G.:Fm3m [2].

Емкость и тангенс угла диэлектрических потерь твердых растворов Mn1_хGdхSe измерены на анализаторе компонентов АМ-3028. Температурные зависимости диэлектрической проницаемости е(Т), тангенса диэлектрических потерь синтезированных составов приведены на рисунке в интервале температур 100-500 К в магнитных полях с индукцией В = 0 и В = 0,8 Тесла.

Результаты эксперимента и обсуждение. Диэлектрическая проницаемость твердых растворов слабо зависит от частоты и от температуры. Небольшое уменьшение проницаемости в интервале температур 115-214 К найдено на частотах выше 10 кГц в магнитном поле. Диэлектрические потери также возрастают в магнитном поле в этом интервале температур.

Результаты изучения диэлектрических характеристик твердых растворов Mn1_xGdxSe в нулевом магнитном поле и поле с индукцией В = 0,8 Тесла находятся в корреляции с результатами изучения температурных зависимостей электропроводности (в магнитном поле, без поля). Так, электросопротивление уменьшается в магнитном поле ниже температуры 200 К. Диэлектрическая проницаемость не описывается формулой Дебая, и потери не имеют электронного вклада от проводимости 1т(е) = а/е0ю.

Решетневс^ие чтения. 2016

50

49

48

47

0,012-

100 200 300 400 500 T

100 200 300 400 500 T

Зависимость диэлектрической проницаемости (а) и тангенса угла диэлектрических потерь (б) твердого раствора Мп1-хШх8е для х = 0,1 и частот м> = 1 кГц (1), 5 кГц (1), 10 кГц (1), 50 кГц (1), 100 кГц (1), 300 кГц (1) в магнитном поле Н = 8 кЭ и без поля (пунктир) от температуры

Так, при изменении частоты на два порядка мнимая часть диэлектрической проницаемости уменьшается в пять раз.

Возможной причиной уменьшения проницаемости и сопротивления ниже 200 К является образование нанообластей с деформируемой кубической решеткой и с ферромагнитным порядком ниже 200 К.

Нанообласти обладают локальной поляризацией в результате топологии кластера. В магнитном поле меняется направление магнитного момента и, соответственно, величина локального электрического поля [3-5].

Итак, в твердых растворах Mn1-xGdxSe диэлектрическая проницаемость практически не зависит от частоты. В магнитном поле ниже 200 К наблюдаются уменьшение проницаемости и рост диэлектрических потерь.

Библиографические ссылки

1. Кристаллическая структура и электрические свойства GdxMn1-xS и TixMn1-xSe / А. И. Галяс, О. Ф. Демиденко, Г. И. Маковецкий и др. // ФТТ. 2010. Т. 52, вып. 4. С. 639-642.

2. Card 73-1741, 88-2344, 65-1019, 65-2921 PCPDFWIN. 1998. Vol. 2, JCPDS.

3. Чечерников В. И. Магнитные измерения. М. : Изд-во МГУ, 1969. 387 с.

4. Янушкевич К. И. Методика выполнения измерений намагниченности и магнитной восприимчивости. Минск, 2009. С. 19.

5. Aplesnin S., Panasevich A., Galyas A., Demidenko O., Makovetskii G., Yanushkevich K. I. [Magnetic properties of Mn!_xGdxSe solid solutions]. The European Conference Physics of Magnetism, 2014. p. 122.

References

1. Galyas A. I., Demidenko O. F., Makovetskiy G. I. [et all]. Kristallicheskaya struktura i elektricheskiye svoystva GdxMn1-xS i TixMn1-xSe [ФТТ]. 2010. Vol. 52. №. 4. P. 639-642.

2. Card 73-1741, 88-2344, 65-1019, 65-2921 PCPDFWIN, Vol. 2, JCPDS 1998.

3. Chechernikov V. I. Magnitnyye izmereniya. MGU Publ. Moskau. 1969. 387 p.

4. Yanushkevich K. I. Metodika vypolneniya izmereniy namagnichennosti i magnitnoy vospriimchivosti. Minsk. 2009. 19 p.

5. Aplesnin S., Panasevich A., Galyas A., Demidenko O., Makovetskii G., Yanushkevich K. I. [Magnetic properties of Mn!_xGdxSe solid solutions]. The European Conference Physics of Magnetism, 2014. P. 122.

© Живулько А. М., Аплеснин С. С., Ситников М. Н.,

Янушкевич К. И., 2016