Magnetic behavior of solid solutions REMe_0.50Mn_0.50O₃ (RE = Y, La, Pr, Nd, Eu, Gd, Er ; Me = Ni,Co)

• Main Authors: Tartaj, J., Gil, V., Barahona, P., Peña, O., Moure, C.
• Format: Article
• Language: English
• Published: Elsevier 2008-06-01
• Series: Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio
• Subjects: Ferromagnetism; Magnetic coupling; Spin Reversal; Ferromagnetismo; acoplamiento magnético; inversión de espin
• Online Access: http://ceramicayvidrio.revistas.csic.es/index.php/ceramicayvidrio/article/view/190/203

Partial substitution of Mn by a divalent metal in rare-earth manganites REMexMn1 xO3 results in the simultaneous presence of Mn3+ and Mn4+. The RE sublattice has its own properties and can interact with the local field imposed by the ferromagnetic Mn network. Its orientation differs depending on the RE nature, adopting a parallel direction with respect to the local field, or it may align in opposite direction, resulting in uncompensated antiferromagnetic structure. For divalent elements (e.g., Ni2+), the solid solution is limited to RENi2+0.5Mn4+0.5O3 ; at this frontier composition, the ferromagnetic superexchange Ni2+-O-Mn4+ interactions are optimized. For Me = Co, this limit can be extended, meaning that part of cobalt takes a 3+ state ; in this case, presence of Co3+ modifies the magnetic coupling, leading to qualitatively different behaviours during the ZFC/FC cycles. In this work, we have chosen the specific composition REMe0.50Mn0.50O3 for which the strongest magnetic interactions are expected, emphasizing the results obtained for Me = Ni and Co and comparing various rare-earth elements (RE = Y, La, Pr, Nd, Eu, Gd and Er). As expected from the general behaviour of the series (RE,Ca)MnO3, we find that in the RE(Mn,Me)O3, the larger the RE ionic radius, the highest the transition temperature, reaching 235 K in LaCo0.50Mn0.50O3 compared to 68 K in ErCo0.50Mn0.50O3.<br><br>La sustitución parcial de Mn por un catión divalente en manganitas de tierras raras TRMexMn1 xO3 induce la presencia simultánea de Mn3+ y Mn4+. La subred TR tiene sus propiedades intrínsecas y puede interactuar con el campo local impuesto por la red ferromagnética del Mn. Su orientación difiere dependiendo de la naturaleza de la TR, adoptando una dirección paralela con respecto al campo local, o puede alinearse en sentido opuesto, produciendo una estructura antiferromagnética no compensada. Para cationes divalentes (Ni2+), la solución sólida está limitada a TRNi2+0.5Mn4+0.5O3; en este límite, las interacciones de supercanje Ni2+-O-Mn4+ se optimizan. Para Me = Co el límite se amplía a causa de que el cobalto puede tomar el estado 3+; en este caso, la presencia de Co3+ modifica el acoplamiento magnético llevando a comportamientos cualitativamente diferentes durante los ciclos ZFC/FC. En el presente trabajo se ha escogido la composición específica TRMe0.50Mn0.50O3 para la cual se esperan las interacciones magnéticas más intensas, remarcando los resultados obtenidos para Me = Ni y Co y comparando varios elementos de tierras raras (TR = Y, La, Pr, Nd, Eu, Gd y Er). Como se esperaba de acuerdo con el comportamiento general de las soluciones sólidas (TR,Ca)MnO3, se ha hallado que en las series TR(Mn,Me)O3, cuanto mayor es el radio iónico de la TR mayor es la temperatura de transición, alcanzando 235 K para composiciones LaCo0.50Mn0.50O3 frente a 68 K para ErCo0.50Mn0.50O3.