[논문 리뷰] Investigation of intrinsic magnetodielectric effect in La2CoMnO6: Role of magnetic disorder

J. Krishna Murthya, K. Devi Chandrasekhar S. Murugavel외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 11. 10.

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials참고 문헌 4인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 B-사이트 순서가 맞춰진 La2CoMnO6(LCMO)에서의 내재된 자기전기 효과를 조사하여, 5 T 자기장 하에서 100 kHz에서 65%의 큰 자기전기 효과를 규명하였다. 연구는 라만 스펙트로스코피를 통해 스핀-격자 결합을 통한 내재 기여를 분리하고, 자기적 불순물과 실리콘 도핑에 기인한 외재적 기여를 분석하여, 불순물이 내재된 분극을 억제하고 자기전기 및 자화저항 응답을 지배함을 보여주었다.

ABSTRACT

We present a large magnetodielectric (MD) effect of 65 % at 100 kHz with 5 T field in B-site ordered La2CoMnO6 (LCMO) polycrystalline sample. Frequency and temperature dependent impedance and dielectric studies under magnetic field divulge both intrinsic and extrinsic origins for the observed MD effect. The temperature dependent Raman spectroscopy measurement has shown spin-lattice coupling that supports the intrinsic origin of the observed large MD response in LCMO. Extrinsic contributions to MD response mainly originate from disorder and interface effects; here, we signify this by hole carrier (Sr) doping at the A-site of the ordered LCMO sample. The comparison study has disclosed that with the disorder, the intrinsic polarization due to asymmetric hopping decreases significantly, and the disorder induced transport dominates in both MD and magnetoresistance behaviour with close resemblance.

연구 동기 및 목표

• B-사이트 순서가 맞춰진 La2CoMnO6에서 큰 자기전기 효과의 기원을 이해하는 것.
• LCMO에서 내재적 및 외재적 기여가 자기전기 효과에 어떻게 기여하는지 구분하는 것.
• 자기적 불순물과 A-사이트 스트론티움 도핑이 자기전기 및 자화저항 거동에 미치는 영향을 분석하는 것.
• 라만 스펙트로스코피를 통해 스핀-격자 결합이 내재된 자기전기 응답을 어떻게 매개하는지 규명하는 것.
• 불순물에 의해 유도된 실리콘 운반자 운반 메커니즘이 내재된 분극보다 자기전기 응답을 지배하는 이유를 명확히 하는 것.

제안 방법

• 외부 자기장 하에서 주파수 및 온도 의존성 임피던스 및 유전율 스펙트로스코피를 실시하여 자기전기 응답을 탐색하는 것.
• 온도 의존성 라만 스펙트로스코피를 수행하여 LCMO에서의 스핀-격자 결합을 탐지하는 것.
• A-사이트에 스트론티움 도핑을 도입하여 B-사이트 순서가 맞춰진 LCMO 시스템에서 자기적 및 구조적 불순물을 유도하는 것.
• 순수한 및 도핑된 LCMO 샘플 간의 자기전기 및 자화저항 응답을 비교하여 외재적 기여를 분리하는 것.
• 유전율 상쇄 및 도전도 거동을 분석하여 지배적인 운반자 운반 메커니즘을 규명하는 것.
• 100 kHz, 5 T에서 측정된 자기전기 효과 크기(65%)를 바탕으로 내재적 및 외재적 기여를 정량적으로 비교하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 B-사이트 순서가 맞춰진 La2CoMnO6에서 큰 자기전기 효과의 기원은 무엇인가?
• RQ2 자기적 불순물은 자기전기 효과의 내재적 및 외재적 구성요소에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 스핀-격자 결합은 LCMO에서 내재된 자기전기 응답에 얼마나 기여하는가?
• RQ4 A-사이트 스트론티움 도핑은 LCMO의 자기전기 및 자화저항 거동을 어떻게 변화시키는가?
• RQ5 내재된 분극 메커니즘이 존재하는 바에도 불구하고, 불순물이 왜 자기전기 응답을 지배하는가?

주요 결과

• B-사이트 순서가 맞춰진 La2CoMnO6에서 5 T 자기장 하에서 100 kHz에서 큰 내재된 자기전기 효과 65%가 관측되었다.
• 온도 의존성 라만 스펙트로스코피를 통해 스핀-격자 결합이 확인되어, 자기전기 효과의 내재 기원을 뒷받침한다.
• 외재적 기여는 주로 자기적 불순물과 표면계 효과에 기인한다.
• A-사이트에 스트론티움 도핑은 비대칭 전자 이동으로 인해 내재된 분극을 크게 감소시킨다.
• 불순물에 의해 유도된 실리콘 운반자 운반 메커니즘이 자기전기 및 자화저항 응답을 모두 지배하며, 이 두 응답은 유사한 거동을 보인다.
• 이 연구는 내재된 자기전기 효과가 존재하지만, 다결정 LCMO 샘플에서는 외재적 기여가 주요 기여 요소임을 확인하였다.