close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY9950

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2007.10.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
H 01F 1/01
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИТНОГО МАТЕРИАЛА
НА ОСНОВЕ КОБАЛЬТИТА
(21) Номер заявки: a 20050125
(22) 2005.02.09
(43) 2006.10.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Объединенный институт физики твердого тела и полупроводников Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Карпинский Дмитрий Владимирович; Шаповалова Елена Федоровна (BY)
BY 9950 C1 2007.10.30
BY (11) 9950
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Объединенный
институт физики твердого тела и полупроводников Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) Yan J.-Q. Ferromagnetism in LaCoO3.
Phys. Rev. B, 2004, V. 70, 014402.
SU 1499816 A1, 1995.
JP 7309660 A, 1995.
(57)
Способ получения магнитного материала на основе кобальтита, включающий получение
кобальтита лантана с ионами кобальта в промежуточном спиновом состоянии, отличающийся тем, что получение кобальтита лантана осуществляют в процессе твердофазных
реакций при температуре 1770 K на воздухе из смеси оксидов и карбонатов La2O3, Co3O4,
Nb2O5, SrCO3, во время которого производят стабилизацию промежуточного спинового
состояния ионов кобальта в кобальтите лантана путем замещения части х ионов La3 + ,
равной 0,1-0,3, на ионы Sr2 + , с одновременным предотвращением изменения окислительного состояния ионов кобальта без изменения их спинового состояния путем введения x/2
ионов Nb, которые в присутствии ионов Со3 + находятся в окислительном состоянии 5 + , с
получением магнитного материала La1-xSrx(Co1-x/2Nbx/2)O3.
BY 9950 C1 2007.10.30
Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к способам получения
магнитных материалов на основе сложных оксидов кобальта со структурой перовскита.
В настоящее время для изготовления полупроводниковых магнитных материалов широко используются редкоземельные (РЗ) манганиты и кобальтиты со структурой перовскита. По оценкам экспертов ведущих научных центров, эти материалы являются весьма
перспективными для применения в различных устройствах микроэлектроники. Одним из
основных параметров, характеризующих магнитные материалы, является намагниченность. Для редкоземельных кобальтитов она существенно зависит от состава. Так, для соединений Ln0,5Sr0,5CoO3 температура Кюри может меняться от 258 К (Ln = La) до 162 К
(Ln = Gd) [1]. Магнитные свойства указанных твердых растворов в значительной степени
обусловливаются кристаллоструктурными искажениями элементарной ячейки. В общем
случае в искаженной перовскитной ячейке АВО3 несоответствие между равновесными
длинами связей А - О и В - О характеризуется отклонением от единицы толеранц-фактора
Гольдшмидта (t) t = (A-O)/(√ 2 (B-O)). Отклонение t от единицы (t = 1 в неискаженном кубическом перовските) приводит к тому, что одна из связей сжимается, а другая растягивается. Эти внутренние напряжения ослабляются кооперативным поворотом ВО6 октаэдров,
что ведет к увеличению искажений и понижению симметрии элементарной ячейки от кубической до ромбоэдрической (пространственная группа R 3 с) или орторомбической
(пространственная группа Pbnm). Следствием этого является изменение угла В - О - В связи от 180° до 180° - φ, что в свою очередь ослабляет σ - связь ближайших соседей В - О В. Ключевую роль в формировании магнитных свойств соединений со структурой перовскита играет замещение в А-подрешетке. Так, к примеру, известно, что кальцийзамещенные манганиты лантана Lа1 - хСахМnО3 (0,3 ≤ х < 0,5) являются ферромагнитными
металлами, в то время как подобные соединения R1-xCaxMnO3 (R = Pr, Nd) в этом же концентрационном интервале являются антиферромагнитными диэлектриками и проявляют
переход в ферромагнитное состояние под действием внешнего магнитного поля [2-3].
Размерный эффект включает два фактора: зависимость свойств от среднего размера А катиона перовскитной ячейки АВО3, обусловливающего искажения кристаллической решетки и увеличение расщепления d-уровня кобальта кристаллическим полем с уменьшением объема элементарной ячейки. Согласно работе [4], все исследованные там
ортокобальтиты с Ln = Nd, Gd, Но, Y проявляют постепенный переход в металлическое
состояние, температура которого также увеличивается с уменьшением радиуса РЗ иона.
Результаты исследования замещенных Ln1-xSrxCoO3 систем, где Ln = Pr, Nd, Sm, Gd,
приведены в работе [5]. Полученные данные свидетельствуют, что все вышеперечисленные системы становятся ферромагнитными металлами при определенной критической
концентрации стронция, которая увеличивается с уменьшением радиуса редкоземельного
иона. Увеличение радиуса редкоземельного иона увеличивает температуру Кюри. Но для
целенаправленного изменения магнитных свойств можно использовать не только тип магнитного упорядочения, но и спиновое состояние 3d ионов кобальта.
Известен способ управления магнитными свойствами полупроводников путем изменения концентрации в них носителей заряда, приводящего к переходу из одного магнитного состояния в другое [6]. Способ, описываемый в указанном изобретении, близок к
заявляемому техническому решению и выбран в качестве аналога предлагаемого изобретения. Этот способ основан на преобразовании электронных сигналов в магнитные генерированием носителей заряда (дырок или электронов) в отдельных участках материала
при подаче изменяемого электрического напряжения. Изменение концентрации носителей
заряда приводит к изменению магнитного состояния в участке, что объясняется косвенным обменным взаимодействием через электроны проводимости (РККИ взаимодействие).
Сверхобменное взаимодействие через носители заряда вызывает в основной полупроводниковой магнитной матрице переход от одной магнитной фазы к другой, когда концентрация носителей заряда превышает критическую величину. Недостатком этого способа
2
BY 9950 C1 2007.10.30
является тот факт, что магнитный переход происходит только на участке магнитного материала, ограниченном электродами. К тому же применение этого способа требует дорогостоящего оборудования для нанесения контактов методом молекулярно-лучевой
эпитаксии.
Наиболее близким по существенным признакам к заявляемому техническому решению является способ получения магнитного материала на основе кобальтитов, изложенный в [7]. По своей сущности он наиболее близок к предполагаемому изобретению и
выбран в качестве прототипа. Общими существенными признаками прототипа и заявляемого технического решения является то, что в обоих случаях в качестве функционального
материала для изготовления магнитного материала используется кобальтит лантана. К недостаткам указанного способа следует отнести тот факт, что для увеличения низкотемпературной намагниченности соединения LаСоО3 требуется получить мелкодисперсный порошок
с такими размерами гранул, чтобы поверхностные явления обусловливали уменьшение
координационного числа ионов кобальта, а значит и изменение спинового состояния
ионов Сo3 +.
Общим признаком заявляемого технического решения и прототипа является использование различных спиновых состояний ионов кобальта для управления магнитными
свойствами соединений на основе кобальта. К недостаткам указанного способа следует
отнести использование дорогостоящей аппаратуры и большие затраты на производство
монокристаллов и получение мелкодисперсного порошка.
Задачей, решаемой данным изобретением, является разработка способа получения
магнитного материала на основе кобальтитов с ионами Со3 + в промежуточном спиновом
состоянии для использования в устройствах микроэлектроники, работающих при низких
температурах, посредством получения магнитного материала с более высокой намагниченностью с использованием более простой технологии изготовления, требующей меньших затрат.
Поставленная задача решается путем способа получения магнитного материала на основе кобальтита, отличающегося тем, что в LаСоО3 часть ионов La3 + (10-30 %) замещают
на Sr2 + , что приводит к стабилизации промежуточного спинового состояния ионов кобальта, и тем, что происходит одновременное допирование ионами Nb (5-15 %), которые в
присутствии ионов Со3 + находятся в окислительном состоянии 5 + и тем самым предотвращают изменение окислительного состояния ионов кобальта.
Сущность изобретения заключается в том, что при использовании способа получения
магнитного материала на основе кобальтитов достигается максимальная намагниченность
за счет вибронного сверхобмена еg1-О-еg0, обусловленного динамическими янтеллеровскими корреляциями между ионами кобальта, находящимися в промежуточном спиновом
состоянии. Для достижения поставленной цели предлагается способ получения магнитного материала на основе кобальтитов путем частичного (10-30 %) замещения в LаСоО3 ионов La3 + на Sr2 + , приводящего к стабилизации промежуточного спинового состояния IS
ионов кобальта, и одновременном введении ионов Nb (5-15 %), которые в присутствии
ионов Со3 + находятся в окислительном состоянии 5 + и тем самым предотвращают изменение
окислительного состояния ионов кобальта. Таким образом, при использовании заявляемого технического решения достигается повышение низкотемпературной намагниченности
кобальтитов и тем самым улучшаются их магнитные характеристики при упрощении технологии и уменьшении затрат.
Перечисленные особенности заявляемого способа получения магнитного материала на
основе кобальтитов являются существенными отличиями по сравнению с прототипом, так
как их отсутствие не позволяет достичь поставленной цели - разработать способ получения магнитного материала на основе кобальтитов с более высокой намагниченностью с
использованием более простой аппаратуры и с меньшими затратами.
3
BY 9950 C1 2007.10.30
Пример конкретного осуществления
Образцы La1-xSrx(Co1-x/2Nbx/2)O3 приготавливаются методом твердофазных реакций
при температуре 1770 °С на воздухе из смеси ЧДА оксидов и карбонатов Lа2О3, Сo3О4,
Nb2О5, SrCO3. Параметры элементарной ячейки образцов х = 0,15 и х = 0,3 равны соответственно (а = 5,4583 Å, с = 13,1885 Å), (а = 5,4729 Å, с = 13,2826 Å), (пространственная
группа R3c). Исследование методом электронной микроскопии выявило, что средний размер зерен составляет около десяти микрон, таким образом, вклад поверхностных явлений
в магнитные свойства несущественен. Исследование намагниченности проведено на
SQUID-магнетометре (MPMS-5, Quantum Design). На рис. 1 приведены результаты измерения петли гистерезиса образца х = 0,15 при T = 5 К. Для сравнения приведены результаты,
полученные при этой же температуре на тонкоизмельченном образце LаСоО3. Данные для
LаСоО3 взяты из работы [7]. Наибольшей величиной намагниченности (около 0.1 mБ/ф.е.)
обладают составы с х = 0,15. В то же время составы с концентрацией допанта 0,10 < х < 0,30
также обладают величинами намагниченности, подходящими для использования в различных устройствах микроэлектроники (в указанном диапазоне концентрации допанта
величина намагниченности может варьироваться от 0,05 до 0,1 mБ/ф.е.), в то время как
мелкодисперсный порошок LаСоО3 обладает спонтанной намагниченностью около
0,025 mБ/ф.е., т.е. достигнуто двукратное увеличение величины намагниченности в сравнении с аналогом.
Сопоставительный анализ нового решения с прототипом показывает, что заявляемый
способ получения магнитного материала на основе кобальтитов позволяет получить магнитный материал с повышенной намагниченностью с меньшими затратами.
В то время как при использовании старого способа для получения магнитного материала требовалась сложная аппаратура и значительные затраты.
Источники информации:
1. P.V. Vanitha, A. Arulraj, P.N. Santhosh, C.N.R. Rao. Chem. Mater. 12, 1666 (2000).
2. P. Schiffer, A.P. Ramirez, W. Bao, S-W. Cheong, Phys. Rev. Lett. 75, 3336 (1995);
B.B. Van Aken, O.D. Jurchescu, A. Meetsma et al., Phys. Rev. Lett. 90, 066403 (2003).
3. С. Martin, A. Maignan, M. Hervieu, B. Raveau, Phys. Rev. B. 60, 12191 (1999).
4. M. Itoh, J. Hashimoto, S. Yamaguchi, Y. Tokura, Physica В 281&282 510 (2000).
5. H. Ohbayashi, T. Kudo, T. Gejo, Japanese Jour. Appl. Phys. 13, 1 (1974).
6. United States Patent 5.191.223, Munekata Device for selective magnetization and method.
March 2, 1993.
7. J.-Q. Yan, J.-S. Zhou, J. B. Goodenough. Phys. Rev. В 70, 014402 (2004).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
108 Кб
Теги
by9950, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа