ПОИСК НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ Fe_0.33ТiS₂: СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ

Сырова П.О., Мозговых С.Н., Носова Н.М., Селезнева Н.В.

Уральский федеральный университет

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19

Среди обширного класса магнитных сплавов и соединений, в которых магнетизм обусловлен присутствием атомов железа, выделяется узкая группа материалов, характеризующаяся необычно большим магнитным гистерезисом (H_C ~ 20 – 50  кЭ). В то время как для большинства железосодержащих систем характерно магнитно-мягкое поведение, в соединениях на основе Fe_xTi(S,Se)₂ в области низких температур наблюдается выраженная магнитная твёрдость. Результаты современных исследований, в том числе и нейтронографические данные, указывают на то, что магнитное состояние системы Fe_xTiS₂ критически зависит от концентрации интеркалированных атомов: в частности, при содержании x ≈ 0.33 реализуется состояние кластерного/спинового стекла.

Настоящая работа посвящена установлению роли анионной подрешетки в формировании структуры, магнитных и транспортных свойств соединений Fe_0.33TiS_2- ẟ (ẟ = 0 – 0.35). Образцы были синтезированы методом твердофазных реакций в вакуумированных кварцевых ампулах из чистых элементов при температуре 800 °C. Для исследования фазового состава и структуры соединений использовался метод порошковой рентгеновской дифракции. Магнитные измерения были выполнены на установке PPMS DynaCool в температурном интервале 4 – 300 К в полях до 90 кЭ. Электросопротивление было измерено в температурном диапазоне 16 – 225 К и полях до 100 кЭ.

По данным рентгенофазового анализа, после серии гомогенизационных отжигов были получены однофазные соединения Fe_0.33TiS_2-ẟ. Установлено, что уменьшение содержания серы инициирует трансформацию кристаллической структуры: от упорядоченной гексагональной (ẟ = 0 – 0.1) к разупорядоченной гексагональной (ẟ = 0.2), и далее к упорядоченной моноклинной структуре (ẟ = 0.3 – 0.35). Структурные изменения сопровождаются ростом температуры магнитного превращения и переходом от состояния кластерного/спинового стекла к дальнему магнитному порядку (при ẟ ≥ 0.2). Наибольшее значение коэрцитивной силы (H_C ~ 80 кЭ при Т = 2 К) зафиксировано для соединения Fe_0.33TiS_1.7. В то же время максимальный эффект отрицательного магнитосопротивления (–36% при Т = 5 К и Н = 100 кЭ) наблюдается в соединении Fe_0.33TiS₂. Таким образом, дефицит по подрешетке халькогена и изменение соотношения металл/халькоген в соединениях типа Fe_xTiS₂ позволяют радикально трансформировать кристаллическую структуру и магнитные свойства соединений. Данный подход является перспективным для создания новых материалов с уникальными характеристиками.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ № 25-73-00211.