Монодоменные частицы гексаферрита бария с замещением железа на марганец: синтез, кристаллическая структура и магнитные свойства

С использованием цитратного золь-гель метода с самораспространяющимся термическим процессом и финальным отжигом прекурсоров при 900 – 1200 °C были синтезированы порошки гексаферрита с размерами кристаллитов в монодоменном диапазоне общего состава BaFe_12-xMn_xO₁₉, где x = 0, 2, 4, 6. Были уточнены их кристаллические структуры и изучены магнитные свойства. Наблюдаемые вариации в положении атомов при замещении Fe на Mn указывали на присутствие Mn в степенях окисления +2, +3 и +4 с предпочтением Mn²⁺ к тетраэдрической позиции 4f₁ и Mn⁴⁺ к октаэдрическим позициям 2a и 12k. При допировании Mn намагниченность образцов уменьшалась, в то время как коэрцитивная сила возрастала, достигая 8.4 кЭ для x = 6. Рост температуры отжига приводил к небольшому росту намагниченности с общей тенденцией уменьшения коэрцитивной силы. Температура Кюри понижалась с допированием Mn, оставаясь выше комнатной при максимальном допировании.

1. Buschow K.H.J., de Boer F.R. Physics of Magnetism and Magnetic Materials, Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York, 2003, 182 p.

2. Harris V.G., Geiler A., Chen Y., Yoon S. D., Wu M., Yang A., Chen Z., He P., Parimi P. V., Zuo X., Patton C.E., Abe M., Acher O., Vittoria C. Recent advances in processing and applications of microwave ferrites. J. Magn. Magn. Mater., 2009, 321, P. 2035–2047.

3. Shimizu O., Oyanagi M., Morooka A., Mori M., Kurihashi Y., Tada T., Suzuki H., Harasawa T. Development of advanced barium ferrite tape media. J. Magn. Magn. Mater., 2016, 400, P. 365–369.

4. Pullar R.C. Hexagonal ferrites: A review of the synthesis, properties and applications of hexaferrite ceramics. Prog. Mater. Sci., 2012, 57, P. 1191–1334.

5. Banihashemi V., Ghazi M.E., Izadifard M., Dinnebier R.E. A study of Ca-doped hexaferrite Sr1−xCaxFe12O19 (x = 0.0, 0.05, 0.1, 0.15, and 0.2) synthesized by sol-gel combustion method. Phys. Scr., 2020, 95, 095807.

6. Trusov L.A., Gorbachev E.A., Lebedev V.A., Sleptsova A.E., Roslyakov I.V., Kozlyakova E.S., Vasiliev A.V., Dinnebier R.E., Jansen M., Kazin P.E. Ca-Al double-substituted strontium hexaferrites with giant coercivity. Chem. Commun., 2018, 54, P. 479–482.

7. Gorbachev E.A., Trusov L.A., Sleptsova A.E., Kozlyakova E.S., Alyabyeva L.N., Yegiyan S.R., Prokhorov A.S., Lebedev V.A., Roslyakov I.V., Vasiliev A.V., Kazin P.E. Hexaferrite materials displaying ultra-high coercivity and sub-terahertz ferromagnetic resonance frequencies. Mater. Today, 2020, 32, P. 13–18.

8. Obradors X., Collomb A., Pernet M., Jourbert J.C. Structural and magnetic properties of BaFe12−xMnxO19 hexagonal ferrites. J. Magn. Magn Mater., 1984, 44, P. 118–128.

9. Collomb A., Obradors X., Isalgue´ A., Fruchart D. Neutron diffraction study of the crystallographic and magnetic structures of the BaFe12−xMnxO19 M-type hexagonal ferrites. J. Magn. Magn Mater., 1987, 69, P. 317–324.

10. Thang P.D., Ho T.A., Dang N.T., Lee B.W., Phan T.L., Manh T.V., Kim D.H., Yang D.S. Mn-doped (Ba,Y)Fe12O19 hexaferrites: Crystal structure and oxidation states of Mn and Fe. Current Applied Physics, 2020, 20, P. 1263–1267.

11. Okube M., Yoshizaki J., Toyoda T., Sasaki S. Cation distribution and magnetic structure of M-type BaTiMnFe10O19 examined by synchrotron X-ray and neutron studies. J. Appl. Cryst., 2016, 49, P. 1433–1442.

12. Adeela N., Khan U., Iqbal M., Riaz S., Ali H., Maaz K., Naseem S. Magnetic and dielectric investigations of Mn-doped Ba hexaferrite nanoparticles by hydrothermal approach. J. Electronic Materials, 2016, 45, P. 5853–5859.

13. Kim M., Lee H., Kim J. Magnetic properties of Mn substituted strontium ferrite powders synthesized by the molten salt method. AIP Advances, 2020, 10, 015325.

14. Trusov L.A., Gorbachev E.A., Lebedev V.A., Sleptsova A.E., Roslyakov I.V., Kozlyakova E.S., Vasiliev A.V., Dinnebier R.E., Jansen M., Kazin P.E. Ca–Al double-substituted strontium hexaferrites with giant coercivity. Chem. Commun., 2018, 54, P. 479–482.

15. Petˇr´ıcˇek V., Dusˇek M., Palatinus L. Crystallographic Computing System JANA2006: General features. Z. Kristallogr.-Cryst. Mater., 2014, 229, P. 345–352.

16. Shannon R.D. Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides. Acta Crystallogr. A, 1976, 32, P. 751–767.

17. Xu Y., Yang G.-L., Chu D.-P., Zhai H.-R. Theory of the single ion magnetocrystalline anisotropy of 3d ions. Phys. Stat. Sol. B, 1990, 157, P. 685–693.

18. Schilder H., Lueken H. Computerized magnetic studies on d, f, d–d, f–f, and d–S; f–S systems under varying ligand and magnetic fields. J. Magn. Magn. Mater., 2004, 281, P. 17–26.

19. Tenorio-Gonza´lez F.N., Bolar´ın-Miro´ A.M., Sa´nchez-De Jesu´s F., Vera-Serna P., Mene´ndez-Gonza´lez N., Sa´nchez-Marcos J. Crystal structure and magnetic properties of high Mn-doped strontium hexaferrite. J. Alloys Compd., 2017, 695, P. 2083–2090.