[論文レビュー] Absence of zero-field-cooled exchange bias effect in single crystalline La2-xAxCoMnO6 (A = Ca, Sr) compounds

C. Macchiutti, J. R. Jesus+5 more|Warwick Research Archive Portal (University of Warwick)|Jun 2, 2021

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、浮ききりゾーン法を用いて合成された単結晶性 La2-xAxCoMnO6 (A = Ca, Sr) 化合物におけるゼロ磁場冷却交換バイアス (ZEB) の不在を調査している。多結晶相よりも高いCurie温度を示し、強磁性を示すにもかかわらず、ZEB や従来の交換バイアスは観察されず、単結晶では存在しないが、多結晶では見られる界面欠険とスピンガラス様相が、これらの二重ペロブスカイトにおいてZEB効果を生じさせる要因であることが示唆される。

ABSTRACT

Magnetic properties of A2BB'O6 (A = rare or alkaline earth ions; B,B' = transition metal ions) double perovskites are of great interest due to their potential spintronic applications. Particularly fascinating is the zero field cooled exchange bias (ZEB) effect observed for the hole doped La2-xAxCoMnO6 polycrystalline samples. In this work we synthesize La2CoMnO6, La1.5Ca0.5CoMnO6, and La1.5Sr0.5CoMnO6 single crystals by the floating zone method and study their magnetic behavior. The three materials are ferromagnetic. Surprisingly, we observe no zero or even conventional exchange bias effect for the Ca and Sr doped single crystals, in sharp contrast to polycrystalline samples. This absence indicates that the lack of grain boundaries and spin glass-like behavior, not observed in our samples, might be key ingredients for the spontaneous exchange bias phenomena seen in polycrystalline samples.

研究の動機と目的

• 単結晶性 La2-xAxCoMnO6 (A = Ca, Sr) 化合物の磁気的性質を調査すること。
• 多結晶系で観察されたゼロ磁場冷却交換バイアス (ZEB) 効果が単結晶でも継続するかどうかを特定すること。
• 単結晶においてZEBが観察されない要因となる構造的および磁気的要因を同定すること。
• 界面欠陥とスピンガラス様挙動が二重ペロブスカイト酸化物におけるZEB効果の発現に果たす役割を明確にすること。

提案手法

• 浮ききりゾーン法を用いて、La2CoMnO6、La1.5Ca0.5CoMnO6、および La1.5Sr0.5CoMnO6 の単結晶を合成した。
• X線回折を実施し、結晶構造と相純度を確認した。LCMO と LCCMO は正交晶系 (Pnma)、LSCMO はrhombhedral (R3̄c) であると特定した。
• 温度および外場依存の磁化測定を実施し、強磁性転移とCurie温度を特定した。
• ゼロ磁場冷却 (ZFC) および磁場冷却 (FC) 磁化測定を実施し、磁気的不逆性およびスピンガラス様挙動を評価した。
• ゼロ磁場および磁場冷却条件下でのヒステリシスループを分析し、交換バイアスシフトの有無を検出した。
• イオン半径を用いて耐性係数を計算し、構造的歪みと磁気的挙動の相関を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ゼロ磁場冷却交換バイアス (ZEB) 効果は、単結晶性 La2-xAxCoMnO6 (A = Ca, Sr) 化合物に継続するか？
• RQ2 単結晶と多結晶系の間で、ZEB が観察されない要因となる構造的および磁気的差異は何か？
• RQ3 これらの二重ペロブスカイトにおいて、ZEB 効果の出現に界面欠陥またはスピンガラス様相が不可欠であるか？
• RQ4 A サイトドーピング (Ca, Sr) の変化が、単結晶系においてCurie温度および磁気的転移にどのように影響を与えるか？
• RQ5 結合角や格子対称性を含む構造的歪みが、単結晶における交換バイアスの抑制とどの程度相関するか？

主な発見

• 単結晶性 La2-xAxCoMnO6 (A = Ca, Sr) 化合物は、強磁性を示すが、ゼロ磁場冷却交換バイアス (ZEB) 効果は観察されない。
• La1.5Ca0.5CoMnO6 のCurie温度は165 K、La1.5Sr0.5CoMnO6 は205 K に上昇し、ドーピングされていない La2CoMnO6 の150 K よりも高い。
• 多結晶系とは異なり、単結晶ではスピンガラス様挙動や磁気的不逆性は検出されなかった。
• 交換バイアスの不在は、界面欠陥の欠如および単結晶内に再入るスピンガラス様相が存在しないことに起因する。
• 耐性係数の計算結果から、構造的傾向が得られた：LCMO では t ≈ 0.96（正交晶系）、LCCMO では t ≈ 0.98、LSCMO では t ≈ 0.99 であり、構造の対称性が向上し、T_C が上昇する傾向と相関した。
• 9 T の磁場下で冷却しても、従来の交換バイアスシフトは観察されず、界面駆動の交換バイアス効果が存在しないことが確認された。