Магнитная фазовая диаграмма твердого раствора Fe1−xCoxCr2S4(0< x< 1)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Измерены магнитные свойства твердых растворов Fe1–xCoxCr2S4 (0 < x < 1) в интервале температур 5–300 К в переменном магнитном поле. Динамические свойства измерялись при частотах 100, 1000 и 10 000 Гц и амплитуде, увеличенной до 15 Э, что позволило четко отследить температуры переходов, а также определить характер магнитных переходов при пониженных температурах. На основании измеренных динамических свойств построена магнитная фазовая диаграмма системы FeCr2S4–CoCr2S4. Показано, что основное поле занимают парамагнетик, ферримагнетик и возвратное спиновое стекло. Найдено, что все образцы являются ферримагнетиками с температурами Кюри, увеличивающимися от 185 К (x = 0) до 223 К (x = 1) с ростом концентрации вводимого кобальта.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Г. Г. Шабунина

Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова Российской академии наук

Email: busheva@igic.ras.ru
Russian Federation, Ленинский пр., 31, Москва, 119991

Е. В. Бушева

Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: busheva@igic.ras.ru
Russian Federation, Ленинский пр., 31, Москва, 119991

П. Н. Васильев

Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова Российской академии наук

Email: busheva@igic.ras.ru
Russian Federation, Ленинский пр., 31, Москва, 119991

А. Д. Денищенко

Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова Российской академии наук

Email: busheva@igic.ras.ru
Russian Federation, Ленинский пр., 31, Москва, 119991

Н. Н. Ефимов

Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова Российской академии наук

Email: busheva@igic.ras.ru
Russian Federation, Ленинский пр., 31, Москва, 119991

References

  1. Gibart P., Dormann I.L., Pellerin Y. Magnetic properties of FeCr2S4 and CoCr2S4 // Phys. Status Solidi. 1969. V. 36. № 2. P. 187–194. https://doi.org/10.1002/pssb.19690360120
  2. Аминов Т.Г., Бушева Е.В., Шабунина Г.Г., Новоторцев В.М. Магнитная фазовая диаграмма твердых растворов в системе CoCr2S4–Cu0.5Ga0.5Cr2S4 // Журн. неорган. химии. 2018 Т. 63. № 4 С. 487–494. https://doi.org/10.7868/S0044457X18040141
  3. Sagredo V., Moron M.C., Delgado G.E. Magnetic properties of CoCr2S4 // Physica В. 2006. V. 384. P. 82. https://doi.org/10.1016/J.PHYSB.2006.05.156
  4. Kim C.S., Ha M.Y., Ko H.M. Crystallographic and magnetic properties of CoxFe1-xCr2S4 // J. Appl. Phys. 1994. V. 75. № 10. P. 6078–6080. https://doi.org/10.1063/1.355463
  5. Ramirez A.P., Cava R.J., Krajewski J. Colossal magnetoresistance in Cr-based chalcogenide spinels // Nature. 1997. V. 386. P. 156–159. https://doi.org/10.1038/386156a0
  6. Ahrenkiel R.K., Lee Т.Н., Lyu S.L., Moser F. Giant magneto-reflectance of CoCr2S4 // Solid State Commun. 1973. V. 12. P. 1113–1115. https://doi.org/10.1016/0038-1098(73)90124-5
  7. Weber S., Lunkenheimer P., Fichtl R., Hemberger I.et al. Colossal magnetocapacitance and colossal magnetoresistance in HgCr2S4 // Phys. Rev. Lett. 2006. V. 96. P. 157202. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.96.157202
  8. Sushkov A.B., Tchernyshyov O., Ratcliff W., Cheong S.W., Drew H.D. Probing spin correlations with phonons in the strongly frustrated magnet ZnCr2O4 // Phys. Rev. Lett. 2005. V. 94. P. 137202. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.94.137202
  9. Bergman D., Alicea J., Gull E., Trebst S., Balents L. Order-by-disorder and spiral spin-liquid in frustrated diamond-lattice antiferromagnets // Nat. Phys. 2007. V. 3. P. 487. https://doi.org/10.1038/nphys622
  10. Fritsch V., Hemberger J., Buttgen N., Scheidt E.-W. et al. Spin and orbital frustration in MnSc2S4 and FeSc2S4 // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 92. P. 116401. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.92.116401
  11. Ahrenkiel R.K., Coburn T.J., Carnall E.Jr. Magnetooptical properties of ferrimagnetic CoCr2S4 in the near infrared // IEEE Trans. Magn. 1974. V. 10. № 1. Р. 2–7. https://doi.org/10.1109/TMAG.1974.1058280
  12. Ahrenkiel R.K., Coburn T.J. Hot-pressed CoCr2S4: a magneto-optical memory material // Appl. Phys. Lett. 1973. V. 22. № 7. P. 340. https://doi.org/10.1063/1.1654663
  13. Tsurkan V., Zaharko O., Schrettle F., Kant Ch. et al. Structural anomalies and the orbital ground state in FeCr2S4 // Phys. Rev. В. 2010. V. 81. P. 184426. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.81.184426
  14. Shen C., Yang Z., Tong R., Li G. et al. Magnetic anomaly around orbital ordering in FeCr2S4 // J. Appl. Phys. 2011. V. 109. P. 07E144. https://doi.org/10.1063/1.3562449
  15. Fichtl R., Fritsch V., Krug von Nidda H.-A., Scheiht E.-W. et al. Orbital freezing and orbital glass state in FeCr2S4 // Phys. Rev. Lett. 2005. V. 94. P. 027601.https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.94.027601
  16. Maurer D., Tsurkan V., Horn S., Tidecks R. Ultrasonic study of ferrimagnetic FeCr2S4: evidence for low temperature structural transformation // J. Appl. Phys. 2003. V. 93. P. 9173–9176. https://doi.org/10.1063/1.1570930
  17. Shabunina G.G., Busheva E.V., Vasiliev P.N., Efimov N.N. Magnetic properties of solid solution Fe1−xAgxCr2S4 // Magnetochemistry. 2022. V. 8. № 10. P. 112. https://doi.org/10.3390/magnetochemistry8100112
  18. Аминов Т.Г., Шабунина Г.Г., Новоторцев В.М. Магнитные свойства твердых растворов (Cu0.5Ga0.5)1−x FexCr2S4 // Журн. неорган. химии. 2014. Т. 59. № 11. С. 1557–1569. https://doi.org/10.7868/S0044457X14110038
  19. Аминов Т.Г., Шабунина Г.Г., Бушева Е.В., Ефимов Н.Н. Магнитная диаграмма твердых растворов Fex(Cu0.5In0.5)1−xCr2S4 // Неорган. материалы. 2020. Т. 56. № 9. С. 931–942. https://doi.org/10.31857/S0002337X20090018
  20. Shirane G., Сох D.E., Pickart S.J. Magnetic Structures in FeCr2S4 and FeCr2O4 // J. Appl. Phys. 1964. V. 35. № 3. P. 954–955. https://doi.org/10.1063/1.1713556
  21. Lotgering F.K., Van-Stapele R.P., Van Der Steen J.H.A.M. et al. Magnetic properties, conductivity and ionic ordering in Fe1−xCuxCr2S4 // J. Phys. Chem. Solids. 1969. V. 30. № 4. P. 799–804. https://doi.org/10.1016/0022-3697(69)90274-1
  22. Palmer Н.М., Greaves С. Structural, magnetic and electronic properties of Fe0.5Cu0.5Cr2S4 // J. Mater. Chem. 1999. V. 9. P. 637–640 https://doi.org/10.1039/A809032G
  23. Tsurkan V., Baran M., Szymczak R., Szymczak H., Tidecks R. Spin-glass like states in the ferrimagnet FeCr2S4 // Physica B. 2001. V. 296. P. 301–305 https://doi.org/10.1016/S0921-4526(00)00760-2
  24. Аминов Т.Г., Шабунина Г.Г., Бушева Е.В. Динамическая восприимчивость тиохромита FeCr2S4 // Журн. неорган. химии. 2020. Т. 65. № 2. С. 197–203. https://doi.org/10.31857/S0044457X20020026
  25. Ahrenkiel R.K., Lee Т.Н., Lyu S.L., Moser F. Giant magneto-reflectance of CoCr2S4 // Solid State Commun. 1973. V. 12. P. 1113–1115. https://doi.org/10.1016/0038-1098(73)90124-5
  26. Noda R., Kamihara Y., Matoba M. Magnetic properties of Fe1−xCoxCr2S4 // J. Appl. Phys. 2006. V. 99. P.08F712 https://doi.org/10.1063/1.2177413
  27. Tretinger L., Gobel H., Pink H. Magnetic semiconducting spinel in the mixed system Co1−xFexCr2S4 // Mater. Res. Bull. 1976. V. 11. P. 1375–1379. https://doi.org/10.1016/0025-5408(76)90048-9
  28. Chul Sung Kim, Min Yong Ha, Heung Moon Ko. Crystallographic and magnetic properties of CoxFe1−x Cr2S4 // J. Appl. Phys. 1994. V. 75. № 10. P. 6078–6080. https://doi.org/10.1063/1.355463
  29. Шабунина Г.Г., Бушева Е.В., Васильев П.Н., Денищенко А.Д., Ефимов Н.Н. Магнитные свойства твердого раствора Fe1−xCoxCr2S4 в области, прилегающей к FeCr2S4 // Неорган. материалы. 2023. Т. 59. № 11. С. 1222–1233. https://doi.org/10.31857/S0002337X23110131
  30. Shabunina G.G., Busheva E.V., Vasilev P.N., Denishchenko A.D., Golodukhina S.V., Efimov N.N. Magnetic properties of Co1−xFexCr2S4 (x = 0–0.4) solid solutions // Phys. B: Condens. Matter. 2024. V. 691. Р. 416361. https://doi.org/10.1016/j.physb.2024.416361
  31. Mydosh J.A. Spin glasses: redux: an updated experimental/materials survey // Rep. Prog. Phys. 2015. V. 78. P. 052501. https://doi.org/10.1088/0034-4885/78/5/052501
  32. Аминов Т.Г., Бушева Е.В., Шабунина Г.Г., Новоторцев В.М. Магнитные свойства твердых растворов Cox(Cu0.5In0.5)1−xCr2S4 // Журн. неорган. химии. 2016. Т. 61. № 4. С. 482–490.
  33. Dey K., Karmakar A., Indra A., Majumdar S. et al. Termally assisted and magnetic field driven isostructural distortion of spinel structure and occurrence of polar order in CoCr2S4 // Phys. Rev. B. 2015. V. 92. P. 024401. https://doi.org/10.1103/PhysRevB. 92.024401

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Dependence of the lattice parameter of Fe1−xCoxCr2S4 on the composition.

Download (64KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Temperature dependences of the real part of magnetic susceptibility χ′(T) for FeCr2S4 at AC magnetic field frequencies of 10, 100, 1000, and 10,000 Hz and amplitude 17 A/m; inset — highlighted region near Tf (a); temperature dependences of the imaginary part χ″(T) for FeCr2S4 at 10–10,000 Hz and amplitude 17 A/m; insets — highlighted regions near Too and Tf (b).

Download (492KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Temperature dependences of the real part of magnetic susceptibility of Fe1−xCoxCr2S4 with x = 0.2 at 100, 1000, and 10,000 Hz and amplitude 15 A/m; inset — highlighted region near Tf (a); temperature dependences of the imaginary part χ″(T) at 100–10,000 Hz and amplitude 15 A/m; insets — highlighted regions at low temperatures and near Tf (b).

Download (511KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Temperature dependences of the real part of magnetic susceptibility of Fe1−xCoxCr2S4 with x = 0.4 at 100, 1000, and 10,000 Hz and amplitude 15 A/m; inset — highlighted region near Tf (a); temperature dependences of the imaginary part χ″(T) at 100–10,000 Hz and amplitude 15 A/m; insets — highlighted regions at low temperatures and near Tf (b).

Download (497KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Temperature dependences of the real part of magnetic susceptibility of Fe1−xCoxCr2S4 with x = 0.5 at 100, 1000, and 10,000 Hz and amplitude 15 A/m; inset — highlighted region near Tf (a); temperature dependences of the imaginary part χ″(T) at 100–10,000 Hz and amplitude 15 A/m; insets — highlighted regions at low temperatures and near Tf (b).

Download (490KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Temperature dependences of the real part of magnetic susceptibility of Fe1−xCoxCr2S4 with x = 0.6 at 100, 1000, and 10,000 Hz and amplitude 15 A/m; inset — highlighted region near Tf (a); temperature dependences of the imaginary part χ″(T) at 100–10,000 Hz and amplitude 15 A/m; insets — highlighted regions at low temperatures and near Tf (b).

Download (542KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Temperature dependences of the real part of magnetic susceptibility of Fe1−xCoxCr2S4 with x = 0.8 at 100, 1000, and 10,000 Hz and amplitude 15 A/m; inset — highlighted region near Tf (a); temperature dependences of the imaginary part χ″(T) at 100–10,000 Hz and amplitude 15 A/m; inset — highlighted region near Tf (b).

Download (424KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Temperature dependences of the real part of magnetic susceptibility of Fe1−xCoxCr2S4 with x = 1 at 100, 1000, and 10,000 Hz and amplitude 15 A/m; inset — highlighted region near Tf (a); temperature dependences of the imaginary part χ″(T) at 100–10,000 Hz and amplitude 15 A/m; inset — highlighted region near Tf (b).

Download (465KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Magnetic phase diagram of the FeCr2S4–CoCr2S4 system.

Download (71KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences