RU2676047C1 - Способ получения Mn-Fe-содержащего спин-стекольного магнитного материала - Google Patents

Способ получения Mn-Fe-содержащего спин-стекольного магнитного материала Download PDF

Info

Publication number
RU2676047C1
RU2676047C1 RU2018106566A RU2018106566A RU2676047C1 RU 2676047 C1 RU2676047 C1 RU 2676047C1 RU 2018106566 A RU2018106566 A RU 2018106566A RU 2018106566 A RU2018106566 A RU 2018106566A RU 2676047 C1 RU2676047 C1 RU 2676047C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
melt
solution
furnace
spin
magnetic material
Prior art date
Application number
RU2018106566A
Other languages
English (en)
Inventor
Михаил Сергеевич Платунов
Наталья Валерьевна Казак
Юрий Владимирович Князев
Евгения Михайловна Мошкина
Дмитрий Анатольевич Великанов
Леонид Александрович Соловьев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО РАН)
Priority to RU2018106566A priority Critical patent/RU2676047C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2676047C1 publication Critical patent/RU2676047C1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B9/00Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents
    • C30B9/04Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents by cooling of the solution
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B35/00Boron; Compounds thereof
    • C01B35/08Compounds containing boron and nitrogen, phosphorus, oxygen, sulfur, selenium or tellurium
    • C01B35/10Compounds containing boron and oxygen
    • C01B35/12Borates
    • C01B35/127Borates of heavy metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16Oxides
    • C30B29/22Complex oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B33/00After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B33/08Etching
    • C30B33/10Etching in solutions or melts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B9/00Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents
    • C30B9/04Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents by cooling of the solution
    • C30B9/08Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents by cooling of the solution using other solvents
    • C30B9/12Salt solvents, e.g. flux growth
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80Constructional details
    • H10N50/85Magnetic active materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области технологических процессов, связанных с получением нового магнитного материала с магнитным состоянием типа спинового стекла, и может найти применение при разработке моделей новых типов устройств современной электроники. Способ получения Mn-Fe-содержащего спин-стекольного материала включает высушивание соединений, составляющих шихту, при температуре 105°С в течение 6 часов, сплавление их в печи, приготовление растворов-расплавов в платиновом 100 см3 тигле при Т=1100°С последовательным сплавлением смесей порошков Bi2Mo3O12 и В2О3, затем в расплав вносят Mn2O3 и Fe2O3, последними порциями добавляют порошок Na2CO3, после выдержки раствора-расплава в течение 3 часов при Т=1100°С температуру в печи быстро понижают до (Тнас - 10)°С и далее понижают медленно, со скоростью 3-4°С/сут, через 3-ое суток тигель извлекают из печи и раствор-расплав сливают, выросшие монокристаллы в виде черных призм отделяют от остатков раствор-расплава травлением в 20% растворе азотной кислоты. Техническим результатом изобретения является получение Mn-Fe-содержащего магнитного материала с состоянием спинового стекла, обладающего фазовой и химической однородностью. 1 ил., 2 табл., 1 пр.

Description

Изобретение относится к области технологических процессов, связанных с получением нового магнитного материала с магнитным состоянием типа спинового стекла и может найти применение при разработке моделей новых типов устройств современной электроники.
Известен способ получения спин-стекольного материала HoFeTi2O7 методом твердотельной реакции [патент RU 2555719 С1, МПК С04В 35/40, опубл. 10.07.2015]. Недостатком материала, полученного данным способом является его поликристалличность.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является многокомпонентный спин-стекольный магнитный материал TbFeTi2O7 [патент RU 2526086 С1, МПК С04В 35/40, С04В 35/462, опубл. 20.08.14], который включает железо, титан, кислород и тербий в соотношениях мас. %: Tb-37,61; Fe - 13,22; Ti - 22,66; О - 26,51.
Способ получения этого спин-стекольного магнитного материала представляет собой твердофазный синтез в несколько этапов. В качестве исходных компонентов используются оксиды Fe2O3, TiO2 и Tb2O3. Из приготовленной шихты с помощью пресс формы формируются таблетки под давлением около 10 кбар диаметром 10 мм и толщиной 1,5-2,0 мм. Таблетки помещают в алундовый тигель и отжигают в печи. Максимальная температура отжига составляет 1250°С. После завершения каждого этапа синтеза таблетки вновь перетираются, прессуются и снова помещаются в печь для последующего отжига. Химический и фазовый состав полученных образцов контролируется методом рентгеноструктурного анализа, а также с помощью оптического микроскопа после каждого этапа синтеза. Недостатком данного способа получения спин-стекольных материалов является невозможность получать качественные монокристаллы, что негативно сказывается на области их применения в устройствах твердотельной микроэлектроники.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа получения Mn-Fe-содержащего спин-стекольного магнитного материала, качество которого допускает проведение ориентационных физических исследований.
Техническим результатом изобретения является способ получения Mn-Fe-содержащего магнитного материала с состоянием спинового стекла, обладающего фазовой и химической однородностью.
Технический результат достигается тем, что способ получения Mn-Fe-содержащего спин-стекольного материала включает высушивание соединений, составляющих шихту при температуре 105°С в течение 6 часов, сплавление их в печи, новым является то, что растворы-расплавы готовят при Т=1100°С последовательным сплавлением смесей порошков Bi2Mo3O12 и В2О3, затем в расплав вносят Mn2O3 и Fe2O3, последним добавляют порошок N2CO3, после выдержки раствора-расплава в течение 3 часов при Т=1100°С температуру в печи быстро понижают до (Тнас - 10)°С, и далее, медленно, со скоростью 3-4°С/сут, через 3-ое суток тигель извлекают из печи и раствор-расплав сливают, выросшие монокристаллы отделяют от остатков раствор-расплава травлением в 20% растворе азотной кислоты.
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемое изобретение отличается от известного тем, что растворы-расплавы готовят при Т=1100°С последовательным сплавлением смесей порошков Bi2Mo3O12 и В2О3, затем в расплав вносят Mn2O3 и Fe2O3, последним добавляют порошок Na2CO3, после выдержки раствора-расплава в течение 3 часов при Т=1100°С температуру в печи быстро понижают до (Тнас - 10)°С, и далее, медленно, со скоростью 3-4°С/сут, через 3-ое суток тигель извлекают из печи и раствор-расплав сливают, выросшие монокристаллы отделяют от остатков раствор-расплава травлением в 20% растворе азотной кислоты.
Признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию «новизна».
Признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа не выявлены при изучении других известных технических решений в данной области техники и, следовательно, обеспечивают ему соответствие критерию «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется фигурой. На ней представлена температурная зависимость магнитного момента полученного материала в магнитном поле (FC) 500 Э и без поля (ZFC).
Сущность изобретения заключается в том, что спин-стекольный материал Mn2-xFexOBO3 (0<х<1) образуется в результате спонтанной кристаллизации из растворов-расплавов с соотношением компонентов:
Figure 00000001
где n - кристаллообразующая концентрация оксида, соответствующая стехиометрии Mn2-xFexOBO3 (для примера х=0; 0.3, 0.5, 0.7); р и q - отношения кристаллообразующего оксида к матрице.
Figure 00000002
Пример осуществления
1. Порошки Bi2Mo3O12, В2О3, Mn2O3 и Fe2O3 высушиваются при температуре 105°С в
течение 6 часов.
2. Растворы-расплавы приготовлены в платиновом 100 см3 тигле при Т=1100°С последовательным сплавлением смесей порошков Bi2Mo3O12 и В2О3, затем в расплав вносят Mn2O3 и Fe2O3, последним порциями добавлялся порошок Na2CO3. Общая масса реактивов составляла 83÷90 г. В таких растворах-расплавах высокотемпературной кристаллизующейся фазой, в достаточно широком температурном интервале (не менее 40°С), является варвикит Mn2-xFexOBO3 (0<х<1). Температуры насыщения растворов-расплавов представлены в таблице 1. После выдержки раствора-расплава в течение 3 часов при Т=1100°С, температура в печи быстро понижалась до (Тнас - 10)°С, и далее, медленно, со скоростью 3-4°С/сут. Через 3-ое суток тигель извлекался из печи и раствор-расплав сливался. Выросшие монокристаллы в виде черных призм длиной до 8 мм и поперечным размером до 0,4 мм отделялись от остатков раствор-расплава травлением в 20% растворе азотной кислоты.
Химический и фазовый состав материалов контролировался методами рентгеноструктурного анализа, а также с помощью оптического микроскопа после каждого этапа синтеза.
В таблице 2 приведены содержание элементов, симметрия кристаллической решетки и параметры элементарной ячейки. Согласно результатам рентгеноструктурного анализа полученный Fe-Mn-содержащий спин-стекольный магнитный материал имеет ромбическую кристаллическую структуру (пространственная группа
Figure 00000003
). Соотношения Mn/Fe контролировались по экспериментальным скачкам спектров рентгеновского поглощения. Были получены следующие стехиометрические коэффициенты: х=0.34, 0.53 и 0.72. Эти составы согласуются с предсказанными технологическими значениями с уточненными химическими формулами MN1.7Fe0.3ОВО3, Mn1.5Fe0.5OBO3 и Mn1.3Fe0.7OBO3.
Figure 00000004
Полученный материал Mn2-xFexOBO3 (0<х<1) обладает магнитным состоянием спинового стекла. Состояние спинового стекла в Mn2-xFexOBO3 (0<х<1) с температурами TSG=11, 14 и 18 K подтверждают измерения температурной зависимости магнитного момента (фиг.), где показано, что намагниченность образца зависит от термической предыстории (охлаждение образца в магнитном поле (FC) 500 Э и без поля (ZFC), вставка к фиг. с температурной зависимостью переменной магнитной восприимчивости).

Claims (1)

  1. Способ получения Mn-Fe-содержащего спин-стекольного магнитного материала, включающий высушивание соединений, составляющих шихту, при температуре 105°С в течение 6 часов, сплавление их в печи, отличающийся тем, что растворы-расплавы готовят при Т=1100°С последовательным сплавлением смесей порошков Bi2Мо3О12 и В2О3, затем в расплав вносят Мn2О3 и Fе2О3, последним добавляют порошок Na2CO3, после выдержки раствора-расплава в течение 3 часов при Т=1100°С температуру в печи быстро понижают до (Тнас-10)°С, и далее, медленно, со скоростью 3-4°С/сут, через 3-ое суток тигель извлекают из печи и раствор-расплав сливают, выросшие монокристаллы отделяют от остатков раствор-расплава травлением в 20% растворе азотной кислоты.
RU2018106566A 2018-02-21 2018-02-21 Способ получения Mn-Fe-содержащего спин-стекольного магнитного материала RU2676047C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018106566A RU2676047C1 (ru) 2018-02-21 2018-02-21 Способ получения Mn-Fe-содержащего спин-стекольного магнитного материала

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018106566A RU2676047C1 (ru) 2018-02-21 2018-02-21 Способ получения Mn-Fe-содержащего спин-стекольного магнитного материала

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2676047C1 true RU2676047C1 (ru) 2018-12-25

Family

ID=64753680

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018106566A RU2676047C1 (ru) 2018-02-21 2018-02-21 Способ получения Mn-Fe-содержащего спин-стекольного магнитного материала

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2676047C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2771596C1 (ru) * 2021-07-15 2022-05-06 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" Способ формирования сверхпомехоустойчивого бистабильного термомагнитного запоминающего элемента для записи и хранения информации

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2470897C2 (ru) * 2011-03-21 2012-12-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук (ИФ СО РАН) Способ получения самарийсодержащего спин-стекольного магнитного материала
RU2526086C1 (ru) * 2013-07-10 2014-08-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук Спин-стекольный магнитный материал
RU2555719C1 (ru) * 2014-07-24 2015-07-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук Спин-стекольный магнитный материал

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2470897C2 (ru) * 2011-03-21 2012-12-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук (ИФ СО РАН) Способ получения самарийсодержащего спин-стекольного магнитного материала
RU2526086C1 (ru) * 2013-07-10 2014-08-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук Спин-стекольный магнитный материал
RU2555719C1 (ru) * 2014-07-24 2015-07-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук Спин-стекольный магнитный материал

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2771596C1 (ru) * 2021-07-15 2022-05-06 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" Способ формирования сверхпомехоустойчивого бистабильного термомагнитного запоминающего элемента для записи и хранения информации

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102028362B1 (ko) 가넷형 산화물 고체 전해질의 제조 방법
Goto et al. Phase diagram of the system BaO‐Fe2O3
JP3384919B2 (ja) 酸化物結晶の作製法
CN108947253B (zh) 含Y4.67(SiO4)3O磷灰石晶相的钇铝硅酸盐玻璃陶瓷及其制备方法
RU2676047C1 (ru) Способ получения Mn-Fe-содержащего спин-стекольного магнитного материала
RU2654946C1 (ru) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕРМАНАТА ВИСМУТА Bi4Ge3O12
RU2470897C2 (ru) Способ получения самарийсодержащего спин-стекольного магнитного материала
RU2665626C1 (ru) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛИКАТА ВИСМУТА Bi12SiO20 МЕТОДОМ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ В ТИГЛЕ
Rosa et al. Flux methods for growth of intermetallic single crystals
Wang et al. Phase relations around langasite (La3Ga5SiO14) in the system La2O3–Ga2O3–SiO2 in air
RU2687924C1 (ru) Способ получения германата висмута Bi2Ge3O9
RU2669677C1 (ru) Способ получения силиката висмута Bi12SiO20 методом литья
RU2646429C1 (ru) Способ получения оксиборатов Cu2Mn3+ 1-xGaxBO5
Chen et al. Growth of lead molybdate crystals by vertical Bridgman method
JP2684432B2 (ja) 超電導酸化物の単結晶及びその製造方法
RU2769681C1 (ru) Способ многократного использования раствора-расплава при синтезе 57FeBO3
Gandhi Single crystal growth by a slow evaporation technique: Concept, mechanisms and applications
RU2788799C1 (ru) Способ получения германата-силиката висмута со структурой силленита
RU2810277C1 (ru) Способ получения соединения с формулой Bi2Ge2O7
US3479132A (en) Transparent magnetic spinel crystal of mixed oxide of lithium iron and vanadium
RU2718697C1 (ru) Способ получения сложного оксида манганита BaLn2Mn2O7+δ
RU2753671C1 (ru) Способ получения германата висмута Bi4Ge3O12 методом литья
CN103305913A (zh) 一种Tm掺杂ScVO4发光材料及其熔体法晶体生长方法
RU2627394C1 (ru) Способ получения кристаллов дифторида европия (II) EuF2
Hovhannisyan et al. Phase Diagramm, Cristallization Behavior and Ferroelectric Properties of Stoichiometric Glass Ceramics in the BaO-TiO2-B2O3 System