[论文解读] 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 4

一句话总结

本研究调查了通过浮区法合成的单晶La2-xAxCoMnO6（A = Ca, Sr）化合物中零场冷却交换偏置（ZEB）的缺失。尽管这些化合物表现出铁磁行为且居里温度高于多晶样品，但未观察到ZEB或传统交换偏置，表明在这些双钙钛矿中，晶界和自旋玻璃样相——在单晶中不存在——对ZEB效应至关重要。

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.

研究动机与目标

• 研究单晶La2-xAxCoMnO6（A = Ca, Sr）化合物的磁性。
• 确定多晶样品中观察到的零场冷却交换偏置（ZEB）效应是否在单晶中依然存在。
• 识别导致单晶中ZEB缺失的结构与磁性因素。
• 阐明晶界和自旋玻璃样行为在双钙钛矿氧化物中实现ZEB效应中的作用。

提出的方法

• 采用浮区法合成La2CoMnO6、La1.5Ca0.5CoMnO6和La1.5Sr0.5CoMnO6的单晶。
• 通过X射线衍射确认晶体结构与相纯度，确定LCMO和LCCMO为正交相（Pnma），LSCMO为菱形相（R3̄c）。
• 测量磁化率随温度和外加磁场的变化，以识别铁磁转变与居里温度。
• 进行零场冷却与场冷却磁化率测量，以评估磁性不可逆性与自旋玻璃样行为。
• 在零场与场冷却条件下分析磁滞回线，以检测交换偏置位移。
• 利用离子半径计算容忍因子，以关联结构畸变与磁性行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 零场冷却交换偏置（ZEB）效应是否存在于单晶La2-xAxCoMnO6（A = Ca, Sr）化合物中？
• RQ2 单晶与多晶样品之间在结构与磁性上的差异，如何解释单晶中ZEB的缺失？
• RQ3 晶界或自旋玻璃样相的存在是否为这些双钙钛矿中ZEB效应出现的必要条件？
• RQ4 A位掺杂（Ca, Sr）的变化如何影响单晶样品中的居里温度与磁性相变？
• RQ5 结构畸变（如键角与晶格对称性）与单晶中交换偏置抑制之间的相关性如何？

主要发现

• 单晶La2-xAxCoMnO6（A = Ca, Sr）化合物即使表现出铁磁性，也未观察到零场冷却交换偏置（ZEB）效应。
• La1.5Ca0.5CoMnO6的居里温度升至165 K，La1.5Sr0.5CoMnO6的居里温度升至205 K，高于未掺杂La2CoMnO6的150 K。
• 在单晶中未检测到自旋玻璃样行为或磁性不可逆性，与多晶样品形成对比。
• ZEB的缺失归因于缺乏晶界以及单晶中不存在再entrant自旋玻璃样相。
• 容忍因子计算显示结构趋势：LCMO的t ≈ 0.96（正交相），LCCMO的t ≈ 0.98，LSCMO的t ≈ 0.99，与结构对称性提高及T_C升高相关。
• 即使在9 T磁场中冷却，也未观察到传统交换偏置位移，证实无界面驱动的交换偏置效应。