Монокристаллический железомарганцевый сульфид с колоссальной магнитострикцией



Монокристаллический железомарганцевый сульфид с колоссальной магнитострикцией
Монокристаллический железомарганцевый сульфид с колоссальной магнитострикцией
Монокристаллический железомарганцевый сульфид с колоссальной магнитострикцией
Монокристаллический железомарганцевый сульфид с колоссальной магнитострикцией

 

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 2435734:

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

Изобретение может быть использовано в микроэлектронике при создании магнитострикционных материалов. Монокристаллический железомарганцевый сульфид FexMn1-xS, в котором х=0,18; 0,27; 0,29, с колоссальной магнитострикцией, включает железо, марганец и серу при следующем соотношении компонентов, соответственно, мас.%: железо - 11,53; 17,28; 18,55; марганец - 36,78; 36,75; 36,74; сера - 51,69; 45,97; 44,71. Изобретение позволяет получить монокристаллический железомарганцевый сульфид, обладающий скачкообразным изменением магнитной восприимчивости в области магнитного перехода и магнитострикцией, изменяющей знак при изменении температуры. 4 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к новым сульфидным соединениям, которые могут быть использованы для нужд микроэлектроники, в частности к созданию магнитострикционных материалов.

Известны редкоземельные соединения ТbFе2, DyFe2, SmFe2 [Белов К.П. Магнитострикционные явления и их технические приложения. М., Наука, 1987; Магнитострикционные явления, материалы с гигантской магнитострикцией, СОЖ, №3, 112 (1998)] с величиной магнитострикции λ≥2.5×10-3, которые можно использовать в качестве магнитострикционных преобразователей в информационных системах [А.С. №1757428 (СССР), МКИ G01B 17/00, опубл. 30.02.92. Бюл. №32]. Недостатком этих соединений является ограниченная область температур (низкие температуры, ниже 20-50К).

Известны оксидные редкоземельные соединения марганца типа La1-xАхМnО3 (А=Са, Sr, Pb и т.д.; 0<Х≤0.4) [Нагаев Э.Л. Манганиты лантана и другие магнитные полупроводники с гигантским магнитосопротивлением [УФН. - 1996. - Т.166, №8. - С.796-857], которые имеют кристаллическую структуру перовскита, являются полупроводниками и претерпевают при температуре перехода ферромагнетик-парамагнетик в области T~180÷200K эффект гигантской магнитострикци (ГМСТ) до (2÷6)×10-4 в магнитном поле 200 кЭ [A.M. Кадомцева и др. Аномалии теплового расширения и магнитострикции при фазовых переходах в монокристаллах La1-xSrxMnO3, ФТТ, т.42, в.6, 1077-1082 (2000)]. Недостатком указанных веществ является высокая стоимость входящих в их состав редкоземельных элементов.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является ферромагнитный железомарганцевый сульфид FexMn1-xS [патент РФ №2256618. Бюл. №20 от 20.07.2005 (прототип)], содержащий компоненты при следующем соотношении, атом.%: Fe - 12,5 -20; Мn 30 - 37,5 и S - 50 и имеющий кубическую структуру NaCl-типа. Данное вещество в виде поликристаллов синтезируется из чистых элементов в вакуумированных кварцевых ампулах при 900-1000°С в течение 10 дней.

Недостатком известного поликристаллического ферромагнитного железомарганцевого сульфида FexMn1-xS является дорогостоящая технология его получения из чистых элементов, использующая кварцевые ампулы, включающая длительную высокотемпературную выдержку (до 10 дней при 960-1000°С), допускающая возможность образования сопутствующих магнитных фаз моносульфида железа, а также отсутствие колоссальной магнитострикции.

Техническим результатом изобретения является получение нового монокристаллического железомарганцевого сульфида, обладающего колоссальной магнитострикцией.

Технический результат достигается тем, что монокристаллический железомарганцевый сульфид FexMn1-xS, в котором х=0,18; 0,27; 0,29, с колоссальной магнитострикцией, включает железо, марганец и серу, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Железо 11,53; 17,28; 18,55;
Марганец 36,78; 36,75; 36,74;
Сера 51,69; 45,97; 44,71.

Монокристаллический железомарганцевый сульфид FexMn1-xS с колоссальной магнитострикцией получается путем сульфидизации рассчитанных смесей оксидов металла или оксида марганца и металлического железа (Fe, FeO, Fе2О3, MnO2) в горизонтальном кварцевом реакторе с последующей кристаллизацией сульфида из расплава и отличается от прототипа количественным содержанием химических элементов, качественным состоянием микроструктуры (монокристаллы), скачкообразным поведением намагниченности в области магнитного перехода и наличием колоссальной магнитострикции.

На фиг.1 показана типичная лауэграмма монокристалла FexMn1-xS.

На фиг.2 представлен типичный мессбауэровский спектр железомарганцевого сульфида FexMn1-xS при 300 К.

На фиг.3а представлены типичные температурные зависимости магнитной восприимчивости монокристаллов FexMn1-xS.

На фиг.3b представлены типичные температурные зависимости магнитострикции.

На фиг.4 представлены зависимости магнитострикции от магнитного поля.

Для получения монокристаллических железомарганцевых сульфидов FexMn1-xS с колоссальной магнитострикцией были подготовлены три состава шихты (в пересчете на чистые элементы), которые приведены в таблице 1.

Таблица 1
Состав Fe, % S, % Mn, %
I Fe0.18Mn0,82S 11,53 51,69 36,78
II Fe0,27Mn0,73S 17,28 45,97 36,75
III Fe0,29Mn0,71S 18,55 44,71 36,74

Исходными компонентами шихты являлись мелкодисперсные порошки Fe, FeO, Fе2О3, МnО3. Для синтеза монокристаллов FexMn1-xS первоначально были синтезированы порошковые сульфиды, которые получены путем сульфидизации рассчитанных смесей оксидов металла или оксида марганца и металлического железа (Fe, FeO, Fе2О3, МnO2) в горизонтальном кварцевом реакторе с использованием в качестве контейнера стеклоуглеродных лодочек. Нагрев смесей оксидов металлов осуществлялся до 700-800°С с помощью кварцевых галогенных ламп. В качестве сульфидирующих агентов использовались газообразные продукты термолиза роданида аммония, инертным газом-носителем служил гелий. Процесс сульфидизации осуществлялся в течение 16 часов. В процессе синтеза образцы несколько раз подвергали перетиранию с целью гомогенизации. Проверка полноты сульфидирования образцов контролировалась их взвешиванием и рентгенофазовым анализом. Кристаллизация полученных порошковых сульфидов FexMn1-xS выполнена из расплава в инертной среде в стеклоуглеродных контейнерах с использованием индукционного нагрева протягиванием контейнера через одновитковый индуктор со скоростью 5-10 мм/час. Общее время, необходимое для осуществления полного технологического процесса выращивания кристаллов, составляет 6 часов.

В результате процесса кристаллизации из расплава выращены блочные монокристаллы FexMn1-xS, размерами до 10×10×15 мм. Типичная для кубической фазы моносульфида марганца лауэграмма монокристалла FexMn1-xS показана на фиг.1. На фиг.2 представлен типичный мессбауэровский спектр железомарганцевого сульфида FexMni-xS при 300 K, который свидетельствуют о парамагнитном состоянии синтезированных веществ. Монокристаллические сульфиды FexMn1-xS претерпевают магнитный переход в области 180K (х=0.18)-200 К (х=0.29), который сопровождается скачком магнитной восприимчивости (фиг.3а), что существенно отличается от поведения магнитных свойств монокристалла моносульфида марганца и прототипа.

На фиг.3b и 4 представлены температурные зависимости магнитострикции. Из фиг.3b и 4 и таблицы 2, где представлены физические характеристики синтезированных монокристаллов FexMn1-xS, следует, что заявляемое вещество, магнитострикционный монокристаллический железомарганцевый сульфид FexMn1-xS, обладает высоким значением магнитострикции в диапазоне температур 5-200К в магнитных полях до 120 кЭ.

Таблица №2
FexMn1-xS a, Å σ, Гс·см3 TN, K λ=Δ1/1,10-6 (H=120 кЭ)
T=Tn, 5K 100K 200К
H=100 Э
I Fe0,18Mn0,82S 5,19 0.061 176 270 -250 70
II 0,27Мn0,73S 5,174 0.011 185 275 -243 63
III Fe0,29Mn0,71S 5,167 0.017 198 200 -190 50

где а, Å - параметр кристаллической решетки;

σ, Гс·см3/г - намагниченность;

TN, K - температура Нееля;

λ=Δ1/1 - магнитострикция.

Использование заявляемого изобретения позволяет:

- разрабатывать элементы микроэлектроники на основе эффекта колоссальной магнитострикции;

- сократить финансовые затраты на изготовление магнитострикционных материалов;

- разрабатывать элементы микроэлектроники на основе монокристаллических сульфидных соединений, синтезированных на основе моносульфида марганца.

Монокристаллический железомарганцевый сульфид FexMn1-xS, в котором х=0,18; 0,27; 0,29, с колоссальной магнитострикцией, включающий железо, марганец и серу при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Железо 11,53; 17,28; 18,55
Марганец 36,78; 36,75; 36,74
Сера 51,69; 45,97; 44,71


 

Похожие патенты:

Изобретение относится к получению полупроводниковых квантовых точек типов ядро и ядро-оболочка методом коллоидного синтеза, которые могут быть использованы в производстве различных люминесцентных материалов, а также в качестве основы для производства сверхминиатюрных светодиодов, источников белого света, одноэлектронных транзисторов, нелинейно-оптических устройств, фоточувствительных и фотогальванических устройств.

Изобретение относится к кристаллам литиевых халькогенидов, предназначенных для применения в нелинейной оптике. .

Изобретение относится к способам синтеза диселенида меди и индия CuInSe2 и может быть использовано в электронной технике и создании солнечных элементов для преобразования солнечной энергии, обладающих низкими оптическими потерями и высоким КПД.

Изобретение относится к кристаллам тройных халькогенидов, предназначенных к применению в квантовой электронике и оптоэлектронике. .

Изобретение относится к области неорганической химии, конкретно к тройным теллуридам железа и индия, которые могут найти применение как ферромагнитные материалы при создании постоянных магнитов, а также в многофункциональных приборах и интегральных схемах.

Изобретение относится к получению монокристаллических тиоиндатов щелочных металлов структуры АIBIIICVI 2, в частности монокристаллов соединения LiInS2, используемого в лазерной технике в качестве преобразователя излучения.
Изобретение относится к неорганической химии. .

Изобретение относится к области получения кристаллических полупроводниковых материалов, используемых в электронном, ядерном приборостроении, детекторах ионизирующих излучений.

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 области предотвращения образования пирофорных соединений и может быть использовано для предотвращения пожаров и взрывов в нефтяной, газовой и нефтехимической промышленности.

Изобретение относится к технологии неорганических веществ, в частности к способам получения чистого нестехиометрического сульфида железа (пирротина) состава FeySs, используемого при изготовлении химических источников тока.

Изобретение относится к области цветной металлургии и позволяет получать пирротин заданного состава, а именно FE<SB POS="POST">21</SB>S<SB POS="POST">22</SB> со 100%-ным выходом.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к технике дезактивации пирофорных отложений сульфидов железа, образующихся в аппаратах, емкостях и др.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к разработке способа получения пирротина заданного состава, а именно FE<SB POS="POST">14</SB>S<SB POS="POST">15</SB>.

Изобретение относится к области технологии неорганических веществ, в частности к способам получения чистого нестехиометрического сульфида железа (пирротина) заданного состава FE<SB POS="POST">10</SB>S<SB POS="POST">11</SB>, используемого в качестве катодного материала при изготовлении химических источников тока.

Изобретение относится к химической технологии переработки сульфидов железа, в частности способам получении нестехиометрического сульфида железа - пирротина. .

Изобретение относится к химической технологии неорганических веществ , в частности к способам получения сульфида железа. .

Изобретение относится к области химической технологии соединений марганца и может быть использовано для получения чистых солей марганца, применяемых в электронной промышленности в качестве сырья для изготовления оксидно-полупроводниковых конденсаторов.
Наверх