vplyv tlaku na magnetické vlastnosti abm
DESCRIPTION
Vplyv tlaku na magnetické vlastnosti ABM. Príprava vzoriek : Z. Mitróová* V. Zeleňák, PF UPJŠ Košice Charakterizácia : Z. Mitróová*, N. Tomašovičová* J. Černák, UPJŠ Košice ( v š etci IC, UV/VIS) K. Csach* ( DTA, TGA ) RTG a neutr ó nov á difrakcia : V. Kavečanský*, S. Maťaš* - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Vplyv tlaku na magnetické vlastnosti ABM. Príprava vzoriek : Z. Mitróová*
V. Zeleňák, PF UPJŠ KošiceCharakterizácia : Z. Mitróová*, N. Tomašovičová*
J. Černák, UPJŠ Košice ( všetci IC, UV/VIS)K. Csach* (DTA, TGA)
RTG a neutrónová difrakcia : V. Kavečanský*, S. Maťaš*J. Ďurišin, IMR SAS KošiceJ. Vejpravová and Matúš Mihalik , Charles University, Prague
TEM: M. Cieslar, Charles University, PragueHigh Pressure: M. Zentková*, M. Mihalik*, J. Kamarád, Z. Arnold, IP ASCzR,
PragueMPMS: A. Zentko*, M.Mihalik*, S. Maťaš* , M. Maryško, J. Kamarád, Z. Arnold, IP
ASCzR, PragueLF. Kiss, RISPO, BudapestZ. Jaglicic, University of Ljubljana
R. Troć, ILTSR PAS, WroclawAC susceptibility: M Balanda, Krakow, Poland*IEP SAS, Košice
Publikácie:
1. M. ZENTKOVÁ, Z. ARNOLD, J. KAMARÁD, V. KAVEČANSKÝ, M. LUKÁČOVÁ, S. MAŤAŠ, M. MIHALIK, Z. MITRÓOVÁ AND A. ZENTKO:
Effect of pressure on the magnetic properties of TM3[Cr(CN)6]2•12H2O, J. Phys.: Condens. Matter 19 No. 26, ( 4 July 2007 ) 266217, 10 pages
2. M. ZENTKOVA, Z. ARNOLD, MATUS MIHALIK, M. MIHALIK, A. ZENTKO, J. KAMARAD, Z. MITROOVA, S. MATAS: Magnetic measurements under pressure Journal of Electrical Engineering, 57, No. 8/S, ISSN 1335-3632 (2006) 29-32.
3. Z. MITRÓOVÁ, S. MAŤAŠ, M. MIHALIK, M. ZENTKOVÁ, Z. ARNOLD, J. KAMARÁD: Effect of pressure on magnetic properties of hexacyanochromates Acta Physica Polonica A, vol. 113 , No.2, 2008
4. A. ZENTKO, M. ZENTKOVÁ, V. KAVEČANSKÝ, S. MAŤAŠ, M. MIHALIK, Z. MITRÓOVÁ, Z. ARNOLD, M. CIESLAR, J. KAMARÁD, V. ZELEŇÁK : Effect of pressure on the magnetic properties of TM3[Cr(CN)6]2•nH2O nanoparticles. Acta Physica Polonica A, vol. 113 , No.2, 2008
Fm-3m (No 225)unit cell 1 1/3 formula unit1/3 of Cr(CN)6 statistically absent
a = 1.07540(1) nm and 1.04341(3) nm for TM = Mn and Ni
MnII3[CrIII(CN)6]2.15H2
O
20 30 40 50 60 70 80
2
4
6
8
10
12
14
Mn3[Cr(CN)
6]2.xH
2O
Inte
nsity
(10
3 cou
nts)
2 Theta (deg)
Mn-PBA and Ni-PBA
Mn2+3[CrIII(CN)6]2.15H2
OMn2+(S = 5/2)
[CrIII(CN)6]3- (S=3/2)
Ni2+3[CrIII(CN)6]2.15H2O
Ni2+
(S=1)
-50 0 50 100 150 200 250 300
0
500000
1000000
1500000
2000000
T (K)
experimental fit
Mn3[Cr(CN)
6]2x15H
2O
= -39.5 K
eff = 10.48
B
1/ (
mol
e/m
3 )
20 40 60 80 100 120 140
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
700000
800000
Ni3(Cr[CN]
6)
2.15H
2O
experimental fit
= 73 K; eff
= 8.5 B
1/ (
mol
e/m
3 )
T (K)
0 1 2 3 4 5
0
2
4
6
8
10
p = 0.00 GPa
out of the cell T = 8 K T = 30 K T = 50 K T = 70 K
( B
)
0H (T)
in the cell T = 8 K T = 30 K T = 50 K T = 70 K
Cu-Be tlaková komôrka pracujúca do 1.2 GPa
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Rozdiel v nameraných hodnotách magnetizácie v tlakovej komôrke (otvorené symboly) a bez komôrky pre Ni2+
3[CrIII(CN)6]2·15H2O pri izbovom tlaku Diamagnetický príspevok odhadnutý z 3.7 % poklesu M
Priemer vonkajší = 8.6 mm, a vnútorný = 2.5 mm, dĺžka= 145 mm1, 9 – horná a dolná uzatváracia matica; 2 – zátka s 3 - tesnením; 4 – vzorka ; 5 – telo komôrky; 6 – tlakový Pb sensor; 7 - piest; 8 – zariadenie na vyťahovanie piestu
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00
2
4
6
8
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00
2
4
6
(a)
p = 0.00 GPa p = 0.39 GPa p = 0.86 GPa
Mn3[Cr(CN)
6]2.15H
2O
( B
)
0H (T)
T = 8 K
(b)
T = 50 K
Mn3[Cr(CN)
6]2.15H
2O
p = 0.86 GPa p = 0.39 GPa p = 0.00 GPa
( B
)
0H (T)
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00
2
4
6
8
10
0,00 0,02 0,04 0,06 0,080
2
4
6
8
(a)
Ni3(Cr[CN]
6)
2.15H
2O
p = 0.00 GPa p = 0.42 GPa p = 0.80 GPa
( b)
0H (T)
T = 8 K
T = 8 K(b)
p = 0.00 GPa p = 0.42 GPa p = 0.80 GPa
( b)
0H (T)
• μ(μ0H ) sa ťažšie nasycuje
• Zmena tvaru magnetizačnej krivky
• Tlakom indukovaná anizotropia
• Bariéry pohybu doménových stien
• Magnetická anizotropia
Mn-PBA
• Nárast magnetizácie
• Nárast výmennej interakcie JAF
Tlak nevybudí transport elektrónu , nemení sa spontánna magnetizácia ani magnetický moment (spin) na magnetickom ióne
Mn –PBA a Ni-PBA
Mn-PBA tlakom indukovaný nárast JAF ≈ 2 S (∆2 – δ2)1/2 , následný nárast TC.
20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
1
2
3
4
5
6 Mn3[Cr(CN)
6]2.15H
2O
FC, p = 0.00 GPa FC, p = 0.39 GPa FC, p = 0.86 GPa
ZFC, p = 0.00 GPa ZFC, p = 0.39 GPa ZFC, p = 0.86 GPa
M (
em
u/g
)
T (K)
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8Mn
3[Cr(CN)
6]2.15H
2O
' (e
mu
/g)
T (K)
p = 0.00 GPa p = 0.39 GPa p = 0.86 GPa
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,060
65
70
75
80
85
90
TC/p = 25.5 K/GPa
TC (
K)
p (GPa)
20 30 40 50 60 70 80 90 100
0,000
0,001
0,002
0,003
0,004
Mn3[Cr(CN)
6]2.15H
2O
'' (
emu/
g)
T (K)
p = 0.00 GPa p = 0.39 GPa p = 0.86 GPa
TC rastie s
DC a AC susc.
ΔT/Δp = 25.5 K/GPa
Nárast ireverzibility s tlakom , rozdiel medzi ZFC-FC
Zmena geometrie výmennej dráhy Ni2+ – NC – CrIII
Uhol menej než 180o
Zmena CEF teda magnetickej anizotropie
Ni-PBA –tlakom indukovaný pokles JF – pokles TC;
Nelineárna výmenná dráha Ni2+ – NC – CrIII
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
5
10
P = 0.00 GPa ZFC P = 0.68 GPa ZFC P = 0.68 GPa FC
M (
em
u/g
)
T (K)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
H = 10 Oe
Ni3(Cr[CN]
6)2.15H
2O
P = 0.00 GPa, ZFC P = 0.00 GPa, FC P = 0.42 GPa, ZFC P = 0.42 GPa, FC P = 0.80 GPa, ZFC P = 0.80 GPa, ZFC
M (
emu/
g)
T (K)
30 40 50 60 70
-1,2
-0,8
-0,4
0,0
TC/p = -4.7 K/GPa
p = 0.00 GPa ZFC p = 0.68 GPa ZFC
dM/d
T
T (K)
20 40 60 80 100
0,000
0,003
0,006 TC/p = 0.0 K/GPa
' (a
.u.)
T (K)
Ni3(Cr[CN]
6)2.15H
2O
P = 0.00 GPa P = 0.42 GPa P = 0.80 GPa
predbežné:Tc klesá s p pre
DC a AC susc.
DT/Dp = -4.7 K/GPa
Opakované merania DT/Dp = 0.0 K/GPa
Nárast ireverzibility:Veľká hysteréza ZFC-FC
Odklon od linearity Ni2+ – NC – BIII;Uhol menší než 180o
Zmena CEF –magnetická anizotropia
PBA - SUMMARY
PRESSURE INDUCED tilting of polyhedrons = less than 180o:- reduction of exchange interaction reduction of Tc in Ni –PBA- reduction of magnetic moment visible in Ni-PBA
PRESSURE INDUCED deformation of polyhedrons - change of CEF = change of anisotropy change in magnetization curve
PRESSURE INDUCED increased overlapping of magnetic orbitals:- the increase of JAF the increase of TC in Mn - PBA
Nanočastice analógov Berlínskej modrej : Ni3[Cr(CN)6]2 a Mn3[Cr(CN)6]2
TEM v tmavom a svetlom poli : nanočastice v organickej matrici
Metóda reverznej micellyA = Ni(H2O)6
2+ or Mn(H2O)62+ B =
Cr(CN)63-, C = surfaktant - AOT
10 20 30 40 50 60 70 80
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Ni - NAP
inte
nsi
ty (
cou
nts
/mo
n)
2 (deg)
Iobs
refl. positions
1 2 3 4 5 6 7 8
0
5
10
15
20
25
30
35
num
ber
(%)
particle size (nm)
Ni - NAP Lorentz fit
Distribúcia veľkosti Ni – NAP Stredná veľkosť častíc Ni – NAP je 4.5 nm.
0 1 2 3 4 5
0
2
4
6
8
10
12
T = 4.5 K
( B
)
0H (T)
Ni - powder Ni - NAP (65 wt% PBA)
0 20 40 60 80 100 120 140
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
Ni3(Cr[CN]
6)2.15H
2O
experimental fit: = 73 K;
eff = 8.5
B
Ni - NAP experimental fit: = 80 K;
eff = 8.6
B
1/ (
mol
e/m
3 )
T (K)
0 10 20 30 40 50 60 70
0,000
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
5 10 15 20 25 30
0,0000
0,0005
0,0010
0,0015
0,0020
0,0025
0,0030
0,0035
Ni - PBA
,, (e
mu
/g)
T (K)
300 Hz 30 Hz 3.00 Hz 0.30 Hz 0.03 Hz
Ni - NAP
'' (
em
u/g
)
T (K)
300 Hz 108 Hz 39 Hz 1.80 Hz 0.03 Hz
reduction of magnetization – organic matrix
reduction of the Curie temperature – dilution of the system NAP
paramagnetic region - similar magnetic properties NAP – super paramagnetic particles * blocking temperature - anisotropy of barrier Δ = 30 K * ’and ’’ frequency dependent * τ0 = 1.1x10-11s
L.Catala, et. al. Adv.Mater.15, (2003), 826.
0 20 40 60 80
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
0,030
0 20 40 60 80
0,0000
0,0005
0,0010
0,0015
0,0020
0,0025
0,0030
Ni3[Cr(CN)
6]2
(m
3 /mol
e)
T (K)
0H = 10 mT
PBA FC PBA ZFC
NAP - Ni3[Cr(CN)
6]2
(m
3 /mol
e)
T (K)
0H = 10 mT
NAP FC NAP ZFC
PBA – cluster glass behavior * freezing temperature * ’ ’’frequency dependentHc small for Ni-PBA and Mn-PBA
Hc small for Ni-NAP and Mn- NAP
Hc reduced by dilution
Ni-NAP
10 15 20 25 300
2
4
ZFC p= 0.0 kbar p= 2.4 kbar p= 4.3 kbar p= 6.4 kbar p= 8.4 kbar
NAP - Ni3[Cr(CN)
6]2
H = 10 Oe
M
(em
u/g)
T (K)
0 1 2 3 4 5
4
5
6
7
T = 10 K; p = 0.83 GPa T = 10 K; p = 0.43 GPa T = 10 K; p = 0.00 GPa
T = 20 K; p = 0.83 GPa T = 20 K; p = 0.43 GPa T = 20 K; p = 0.00 GPa
T = 30 K; p = 0.83 GPa T = 30 K; p = 0.00 GPa
Ni3[Cr(CN)
6]2 - NAP
( B
)
0H (T)
10 15 20 25
0
2
4
6
FC p= 0.0 kbar p= 2.4 kbar p= 4.3 kbar p= 6.4 kbar p= 8.4 kbar
ZFC p= 0.0 kbar p= 2.4 kbar p= 4.3 kbar p= 6.4 kbar p= 8.4 kbar
NAP - Ni3[Cr(CN)
6]2
H = 10 Oe
M (
emu/
g)
T (K)
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
18,8
19,2
19,6
20,0
20,4
20,8
TC/p = -2.5 K/GPa
NAP - Ni3[Cr(CN)
6]2
TC (
K)
p (GPa)
Proces magnetovania je menej citlivý natlak; Tlakom indukovaná kompresia NAP systému?
Zníženie Tc tlakom T/p = -2.5 K/GPa je určované vlastnosťami NAP samotnej – podobnosť s Ni - PBA
Pokles Tb s tlakom je viditeľný.
Ni - NAP
20 25 30 35 40 45 50 55 600,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
M (
emu/
g)
T (K)
ZFC
0 kbar 4.6 kbar 8.2 kbar
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8
38
40
42
44
46
48
50
NAP - Mn3[Cr(CN)
6]2
TC/p = 13.7 K/GPa
TC (
K)
p (GPa)
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
4
6
8
10
12
M (
emu/
g)
T (K)
FC
0 kbar 4.5 kbar 8.0 kbar
0 1 2 3 4 5
0
1
2
3
4
5
6
7
T = 8 K; p = 0.00 GPa T = 8 K; p = 0.80 GPa T = 30 K; p = 0.00 GPa T = 30 K; p = 0.80 GPa T = 45 K; p = 0.00 GPa T = 45 K; p = 0.80 GPa T = 55 K; p = 0.00 GPa T = 55 K; p = 0.80 GPa T = 70 K; p = 0.00 GPa T = 70 K; p = 0.80 GPa
Mn3[Cr(CN)
6]2 - NAP
( B
)
0H (T)
Mn - NAP
Nárast Tb a nárast TC tlakom T/p = 13.7 K/GPa je dôsledkom magnetických vlastností Mn-NAP– rovnako ako Mn - PBA
10 20 30 40 50 60
0
2500
5000
7500
10000
12500
15000
(Ni0.36
Mn0.64
)3(Cr(CN)
6)
2 x 15H
2O
inte
nsity
(co
unts
/mon
)
2 (deg)
Iobs
Ical
Iobs
- Ical
refl. positions
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,01,12
1,14
1,16
1,18
1,20
1,22
1,24
1,26
x = 0.36V(Mn)-V(MnNi
0.36) =2.6 %
(NixMn
1-x)3[Cr(CN)
6]2x15H
2O
V (
nm3 )
x
0 10 20 30 40 50 60 70 80
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
FC
(Ni0.36
Mn0.64
)3[Cr(CN)
6]2 15H
2O
M (
em
u/g
)
T (K)
2 Oe 6 Oe10 Oe15 Oe
0 10 20 30 40 50 60 70 80
-0,5
0,0
0,5
1,0
ZFC
(Ni0.36
Mn0.64
)3[Cr(CN)
6]2 15H
2O
M (
em
u/g
)
T (K)
15 Oe10 Oe 6 Oe 2 Oe 0 Oe
Kritická koncentrácia 0.32< x <0.42.Substitúcia Mn niklom- kontrakcia mriežky.
TC(MnNi) -TC(Mn) = 70 K- 65.5 K = 4.5 K chemický tlak.
Magnetické podmriežky majú rozdielne kritické teploty.
Zmena znamienka magnetizácie (Mn0.64Ni0.36)3[Cr(CN)6]2
10 20 30 40 50 60 70 80 90
-0,15
-0,10
-0,05
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
TC(p)T
comp(p)
p= 0.67 GPa p= 0.40 GPa p= 0.36 GPa p= 0.31 GPa p= 0.23 GPa p= 0.00 GPa
(Ni0.36
Mn0.64
)3[Cr(CN)
6]2
M (
emu/
g)
T (K)
0,0 0,1 0,2 0,3 0,410
15
20
25
30
35
40
45
remanent field
pc = 0.474 GPa
Tco
mp
(K)
p (GPa)
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,766
68
70
72
74
76remanent field
TC/p = 16.2 K/GPa
(Ni0.36
Mn0.64
)3[Cr(CN)
6]2
TC (
K)
p (GPa)
Zmena znamienka magnetizácie (Mn0.64Ni0.36)3[Cr(CN)6]2
PBA Mn3[Cr(CN)6]2 dominantná JAF - tlak: nárast super-výmennej antiferromagnetickej interakcie JAF; ΔTc/Δp = 25.5 K/GPa; nárast JAF nárast prekryvového integrálu S a ∆.
Ni3[Cr(CN)6]2 s JF - tlak: pokles JF odchylka od 180o uhla; ΔTc/Δp = -4.7 K/GPa resp. 0.0 K/GPa.OBA SYSTÉMY Ťažšia saturácia pod tlakom predĺžená výmenná dráha - odchylka od 180o uhla.NAPKompresia systému (organická matrica) – posilnenie výmennej interakcie; Vplyv tlaku na celý systém je určený vplyvom tlaku na samotné častice;nižšia citlivosť magnetizačných kriviek na tlak – super-paramagnetic behavior;(Mn0.64Ni0.36)3[Cr(CN)6]2 Substitúcia chemický tlak nárast TC pre systém; pokles Tp s tlakom (pc = 0.474 GPa) priebeh podobný ako M(T) pre FC; JAF dominuje v systéme: nárast TC TC/p = 16.2 K/GPa, v malých poliach.
summarysummary