Способ получения Mn-Fe-содержащего спин-стекольного магнитного материала
METHOD OF OBTAINING Mn-Fe-CONTAINING SPIN-GLASS MAGNETIC MATERIAL

Изобретение относится к области технологических процессов, связанных с получением нового магнитного материала с магнитным состоянием типа спинового стекла и может найти применение при разработке моделей новых типов устройств современной электроники.
2
7
Известен способ получения спин-стекольного материала HoFeTiO методом твердотельной реакции [патент RU 2555719 С1, МПК С04В 35/40, опубл. 10.07.2015]. Недостатком материала, полученного данным способом является его поликристалличность.
2
7
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является многокомпонентный спин-стекольный магнитный материал TbFeTiO [патент RU 2526086 С1, МПК С04В 35/40, С04В 35/462, опубл. 20.08.14], который включает железо, титан, кислород и тербий в соотношениях мас. %: Tb-37,61; Fe - 13,22; Ti - 22,66; О - 26,51.
2
3
2
2
3
Способ получения этого спин-стекольного магнитного материала представляет собой твердофазный синтез в несколько этапов. В качестве исходных компонентов используются оксиды FeO, TiO и TbO. Из приготовленной шихты с помощью пресс формы формируются таблетки под давлением около 10 кбар диаметром 10 мм и толщиной 1,5-2,0 мм. Таблетки помещают в алундовый тигель и отжигают в печи. Максимальная температура отжига составляет 1250°С. После завершения каждого этапа синтеза таблетки вновь перетираются, прессуются и снова помещаются в печь для последующего отжига. Химический и фазовый состав полученных образцов контролируется методом рентгеноструктурного анализа, а также с помощью оптического микроскопа после каждого этапа синтеза. Недостатком данного способа получения спин-стекольных материалов является невозможность получать качественные монокристаллы, что негативно сказывается на области их применения в устройствах твердотельной микроэлектроники.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа получения Mn-Fe-содержащего спин-стекольного магнитного материала, качество которого допускает проведение ориентационных физических исследований.
Техническим результатом изобретения является способ получения Mn-Fe-содержащего магнитного материала с состоянием спинового стекла, обладающего фазовой и химической однородностью.
2
3
12
2
3
2
3
2
3
2
3
Технический результат достигается тем, что способ получения Mn-Fe-содержащего спин-стекольного материала включает высушивание соединений, составляющих шихту при температуре 105°С в течение 6 часов, сплавление их в печи, новым является то, что растворы-расплавы готовят при Т=1100°С последовательным сплавлением смесей порошков BiMoO и ВО, затем в расплав вносят MnO и FeO, последним добавляют порошок NCO, после выдержки раствора-расплава в течение 3 часов при Т=1100°С температуру в печи быстро понижают до (Тнас - 10)°С, и далее, медленно, со скоростью 3-4°С/сут, через 3-ое суток тигель извлекают из печи и раствор-расплав сливают, выросшие монокристаллы отделяют от остатков раствор-расплава травлением в 20% растворе азотной кислоты.
2
3
12
2
3
2
3
2
3
2
3
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемое изобретение отличается от известного тем, что растворы-расплавы готовят при Т=1100°С последовательным сплавлением смесей порошков BiMoO и ВО, затем в расплав вносят MnO и FeO, последним добавляют порошок NaCO, после выдержки раствора-расплава в течение 3 часов при Т=1100°С температуру в печи быстро понижают до (Тнас - 10)°С, и далее, медленно, со скоростью 3-4°С/сут, через 3-ое суток тигель извлекают из печи и раствор-расплав сливают, выросшие монокристаллы отделяют от остатков раствор-расплава травлением в 20% растворе азотной кислоты.
Признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию «новизна».
Признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа не выявлены при изучении других известных технических решений в данной области техники и, следовательно, обеспечивают ему соответствие критерию «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется фигурой. На ней представлена температурная зависимость магнитного момента полученного материала в магнитном поле (FC) 500 Э и без поля (ZFC).
2
x
x
3
Сущность изобретения заключается в том, что спин-стекольный материал Mn-FeOBO (0<х<1) образуется в результате спонтанной кристаллизации из растворов-расплавов с соотношением компонентов:
2-x
x
3
где n - кристаллообразующая концентрация оксида, соответствующая стехиометрии MnFeOBO (для примера х=0; 0.3, 0.5, 0.7); р и q - отношения кристаллообразующего оксида к матрице.
Пример осуществления
2
3
12
2
3
2
3
2
3
1. Порошки BiMoO, ВО, MnO и FeO высушиваются при температуре 105°С в
течение 6 часов.
3
2
3
12
2
3
2
3
2
3
2
3
2-
3
2. Растворы-расплавы приготовлены в платиновом 100 см тигле при Т=1100°С последовательным сплавлением смесей порошков BiMoO и ВО, затем в расплав вносят MnO и FeO, последним порциями добавлялся порошок NaCO. Общая масса реактивов составляла 83÷90 г. В таких растворах-расплавах высокотемпературной кристаллизующейся фазой, в достаточно широком температурном интервале (не менее 40°С), является варвикит MnxFexOBO (0<х<1). Температуры насыщения растворов-расплавов представлены в таблице 1. После выдержки раствора-расплава в течение 3 часов при Т=1100°С, температура в печи быстро понижалась до (Тнас - 10)°С, и далее, медленно, со скоростью 3-4°С/сут. Через 3-ое суток тигель извлекался из печи и раствор-расплав сливался. Выросшие монокристаллы в виде черных призм длиной до 8 мм и поперечным размером до 0,4 мм отделялись от остатков раствор-расплава травлением в 20% растворе азотной кислоты.
Химический и фазовый состав материалов контролировался методами рентгеноструктурного анализа, а также с помощью оптического микроскопа после каждого этапа синтеза.
1.7
0.3
3
1.5
0.5
3
1.3
0.7
3
В таблице 2 приведены содержание элементов, симметрия кристаллической решетки и параметры элементарной ячейки. Согласно результатам рентгеноструктурного анализа полученный Fe-Mn-содержащий спин-стекольный магнитный материал имеет ромбическую кристаллическую структуру (пространственная группа ). Соотношения Mn/Fe контролировались по экспериментальным скачкам спектров рентгеновского поглощения. Были получены следующие стехиометрические коэффициенты: х=0.34, 0.53 и 0.72. Эти составы согласуются с предсказанными технологическими значениями с уточненными химическими формулами MNFeОВО, MnFeOBO и MnFeOBO.
2
x
x
3
2
x
x
3
SG
Полученный материал Mn-FeOBO (0<х<1) обладает магнитным состоянием спинового стекла. Состояние спинового стекла в Mn-FeOBO (0<х<1) с температурами T=11, 14 и 18 K подтверждают измерения температурной зависимости магнитного момента (фиг.), где показано, что намагниченность образца зависит от термической предыстории (охлаждение образца в магнитном поле (FC) 500 Э и без поля (ZFC), вставка к фиг. с температурной зависимостью переменной магнитной восприимчивости).