Магнитный кобальт-марганцевый сульфид с гигантским магнитосопротивлением



Магнитный кобальт-марганцевый сульфид с гигантским магнитосопротивлением
Магнитный кобальт-марганцевый сульфид с гигантским магнитосопротивлением

 

C01G1/12 - Неорганическая химия (обработка порошков неорганических соединений для производства керамики C04B 35/00; бродильные или ферментативные способы синтеза элементов или неорганических соединений, кроме диоксида углерода, C12P 3/00; получение соединений металлов из смесей, например из руд, в качестве промежуточных соединений в металлургическом процессе при получении свободных металлов C21B,C22B; производство неметаллических элементов или неорганических соединений электролитическими способами или электрофорезом C25B)

Владельцы патента RU 2404127:

Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение может быть использовано в микроэлектронике. Магнитный кобальт-марганцевый сульфид с гигантским магнитосопротивлением включает марганец, серу и кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%: кобальт 10-20, марганец 40-30, сера 50. Изобретение позволяет разрабатывать элементы микроэлектроники на основе эффекта гигантского магнитосопротивления для широкой области температур и магнитных полей, сократить затраты на изготовление материалов с гигантским магнитосопротивлением. 2 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к новым магнитным сульфидным соединениям кобальта и марганца, обладающих эффектом гигантского магнитосопротивления (т.е. с особыми магнитоэлектрическими свойствами), которые могут быть использованы в качестве составляющих компонент сенсорной техники, магнитной памяти, для нужд микроэлектроники.

Известны оксидные соединения марганца типа La1-xAxMnO3 (A=Ca, Sr, Pb и т.д.; 0<X≤0.4) и способы их получения [Нагаев Э.Л. Манганиты лантана и другие магнитные полупроводники с гигантским магнитосопротивлением // УФН. - 1996. - Т. 166, №8. - С.796-857], которые являются полупроводниками и претерпевают при температуре перехода ферромагнетик-парамагнетик в области Т~180÷200 К эффект гигантского магнитосопротивления (ГМС), лежащий в основе микроэлектронных устройств. Данные вещества в виде порошков приготовлялись методом осаждения из растворов. Затем порошки были спрессованы при комнатной температуре и отожжены в токе кислорода при 1200°C в течение 12 часов.

Недостатком указанных веществ является высокая стоимость входящих в их состав редкоземельных элементов и реализация эффекта ГМС в узком температурном интервале вблизи температуры магнитного перехода.

Известен также ванадиевый дисульфид хрома-меди CuVXCr1-XS2 (ромбоэдрическая структура, пространственная группа R3m), который относится к классу смешанных электрон-ионных полупроводников и является антиферромагнетиком с критическими температурами суперионного (Tsu=670 K) и магнитного (TN~40 K) переходов [Г.М.Абрамова, Г.А.Петраковский, А.Н.Втюрин, A.M.Воротынов, Д.А.Великанов, А.С.Крылов, Ю.Герасимова, В.В.Соколов, А.Ф.Бовина. Магнитные свойства, магнитосопротивление и спектры комбинационного рассеяния CuVXCr1-XS2. ФТТ, 2009, т.51, в. 3, стр.500-504]. Эффект отрицательного магнитосопротивления в этом соединении наблюдается при 77 К в магнитном поле 10 кЭ и составляет -40%. Этот эффект наблюдается только в поликристаллических образцах и не наблюдается в монокристаллических образцах с дефицитом меди.

Недостатком дисульфидов CuVXCr1-XS2 является непростая слоистая структура, сложность технологии роста кристаллов из-за высокой подвижности ионов меди и низкие значения температуры, при которой имеет место отрицательное магнитосопротивление.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является железомарганцевый сульфид FeXMn1-XS [патент РФ №2256618. Бюл. №20 от 20.07.2005] (прототип), содержащий компоненты при следующем соотношении, атом.%: Fe 12,5-20; Mn 30-37,5 и S-50 и имеющий простую кубическую структуру типа NaCl. С возрастанием степени катионного замещения (X) в системе FeXMn1-XS наблюдается переход полупроводник - полуметалл с Xc=0.4 и рост намагниченности, при этом температура Нееля возрастает от 150 К для X=0 до 210 К для X=10.2. Железомарганцевый сульфид обладает ГМС в диапазоне температур 50 K-250 K с максимальным развитием эффекта ГМС (δH=-83%) при температурах 160 К в магнитном поле H=10 кЭ и δH=-450% при 50 K в поле Н=30 кЭ.

Недостатком известных железомарганцевых сульфидов FeXMn1-XS является плохая повторяемость полученных соединений, сложность и длительность синтеза.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение магнитных соединений кобальт-марганцевых сульфидов с кубической решеткой NaCl-типа, обладающих эффектом гигантского магнитосопротивления.

Технический результат достигается тем, что в магнитном кобальт-марганцевом сульфиде с гигантским магнитосопротивлением, включающем марганец и серу, новым является то, что он дополнительно содержит кобальт при следующем соотношении компонентов, в мас.%:

Кобальт 10-20
Марганец 40-30
Сера 50.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию «новизна». При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию « изобретательский уровень».

Для экспериментальной проверки заявляемого вещества были подготовлены три состава, которые приведены в таблице 1 в атомных %. В состав шихты кобальт-марганцевых сульфидов CoXMn1-XS в качестве исходных компонент входили электролитические мелкодисперсные порошки кобальта (чистоты 99,998%), марганца (чистоты 99,999%) и серы (чистоты 99,999%).

Таблица №1
Состав Co Mn S
I 10% 40% 50%
II 17.5% 32.5% 50%
III 20% 30% 50%

Для получения поликристаллических образцов CoXMn1-XS был выбран метод вакуумированных кварцевых ампул. Компоненты брались в соответствующих количествах (таблица 1), просушивались и помещались в кварцевые ампулы. Ампулы с шихтой вакуумировались до остаточного давления 10-3 мм рт.ст. и затем запаивались с помощью кислородной горелки. Вакуумированные ампулы помещались в стакан из нержавеющей стали, в котором находилась окись алюминия. Затем ампулы подвергались медленному нагреву в вертикальной электропечи с силитовыми нагревателями со скоростью 40° в час до температуры 960°C. При 960°C ампулы выдерживались в течение 6 дней, затем охлаждались со скоростью 40° в час до температуры 300°C, и затем печь отключалась. Скорость нагрева и охлаждения задавалась и контролировалась с помощью терморегулятора с программным управлением.

В результате синтеза получались вещества в виде плотных слитков, которые растирались в агатовой ступке до мелкодисперсного порошка для достижения гомогенности вещества. Из полученного порошка при помощи специальной прессформы прессовались бруски в виде параллелепипедов размерами 10×3×5 мм, которые вновь помещались в кварцевые ампулы специальной формы, затем откачивались, запаивались и отжигались при 1000°C в течение суток со скоростью нагрева 80°/час. Полученные образцы были однородными по составу и использовались для измерений.

На фиг.1 (a, b) и в таблице 2 представлены физические характеристики полученных образцов, из которых следует, что в системе твердых растворов CoXMn1-XS в магнитоупорядоченной области (T<TN) наблюдается образование магнитного момента, существование которого подтверждается также наличием петли гистерезиса в кривой намагниченности σH (фиг.1b). С ростом концентрации кобальта (X) критическая температура возникновения магнитного момента (TC) понижается, и для состава II она составляет TC~50 K (рис.1a). Температурный гистерезис намагниченности при охлаждении этого образца в нулевом магнитном поле (zfc) и в поле 10 kOe (fc) коррелирует с гистерезисом сопротивления, измеренного в нулевом магнитном поле при нагревании и охлаждении образца (фиг.1a).

На фиг.2 представлены температурные зависимости магнитосопротивления для состава II, свидетельствующие о том, что в синтезированных веществах в области температур 50-200 K наблюдается эффект гигантского отрицательного магнитосопротивления с максимальным развитием эффекта ГМС при температурах 140 K (-26%) в поле H=10 кЭ. Магнитосопротивление определено по формуле

где ρ(Н=0) - электросопротивление в нулевом магнитном поле, ρ(H≠0) - электросопротивление в заданном магнитном поле.

Представленные на фиг.1 и 2 данные подтверждаются актом испытаний заявляемого вещества.

Таблица №2
CoXMn1-XS a, Ǻ σ, Гс·см3/г,
77 K, Н=500 Э
Ea, эВ TN, K δH, % (H=10 кЭ) ρ, Ом·см T=300 K·H=0
I 5,203 0,13 0,3 165 -4% 1•104
II 5,204 0,12 0,16 175 -26% 3,2•102
III 5,204 0,08 0,01 196 -1% 0,2

где a, Ǻ - параметр кристаллической решетки; σ, Гс·см3/г - удельная намагниченность; Ea, эВ - энергия активации; TN, K - температура Нееля; δH, % - магнитосопротивление; ρ, Ом·см - удельное сопротивление при 300 K.

Использование заявляемого изобретения позволит:

- разрабатывать элементы микроэлектроники (в качестве составляющих компонент сенсорной техники, магнитной памяти и т.д.) на основе эффекта ГМС для широкой области температур и магнитных полей;

- сократить финансовые затраты на изготовление материалов с ГМС.

Магнитный кобальт-марганцевый сульфид с гигантским магнитосопротивлением, включающий марганец и серу, отличающийся тем, что дополнительно содержит кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кобальт 10-20
Марганец 40-30
Сера 50


 

Похожие патенты:

Изобретение относится к разработке новых сульфидных соединений с особыми магнитоэлектрическими свойствами, которые могут быть использованы в микроэлектронике. .

Изобретение относится к разработке способов получения новых соединений марганца с гигантским магнитосопротивлением (с особыми магнитоэлектрическими свойствами), которые могут быть использованы для нужд микроэлектроники.

Изобретение относится к дисководу магнитного диска, имеющему по меньшей мере одну с опирающейся на воздушный зазор поверхностью (ОВЗП) магнитную головку, с выполненными за одно целое считывающей и записывающей частями.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения алюмината кобальта, применяемого для поверхностного модифицирования литых деталей из жаропрочных сплавов.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для получения основного карбоната двухвалентного кобальта. .
Изобретение относится к химической технологии неорганических веществ, а именно к способу получения гексагидрата сульфата кобальта (II)-аммония, и может применяться для извлечения кобальта (II) из отходов производства - отработанных растворов для электроосаждения кобальта и отработанных растворов химического кобальтирования.

Изобретение относится к способу получения твердых растворов состава CoFe2-xCrx O4 со структурой шпинели и может найти применение в химической промышленности для производства магнитных материалов и катализаторов на основе ферритов-хромитов кобальта (II).

Изобретение относится к гидроксидам кобальта, которые можно использовать при синтезе промышленных катализаторов и высокотехнологических материалов. .

Изобретение относится к области получения карбонатов металлов, в частности карбоната двухвалентного кобальта. .

Изобретение относится к области технологии неорганических и электрохимических производств, конкретно к способам получения порошков для заполнения электродных ячеек никелевых аккумуляторов электрохимических элементов, а также к технологии производства катализаторов.

Изобретение относится к способу получения основных карбонатов двухвалентного кобальта общей формулы Co[(OH)2]a[CO3]1-a, где 0,2 а 1, и к с способу получения смешанных карбонатов и оксалатов общей формулы Co[(OH)2] a[CO2O4] в[CO3] 1-a-в, где 0 а < 1 и 0 < в 1.

Изобретение относится к области получения солей, в частности к производству карбоната кобальта. .
Наверх