Synthesis, structure and magnetic properties of nanosized lanthanum-calcium manganite

U ovom radu predstavljeni su rezultati ispitivanja strukturnih, mikrostrukturnih imagnetnih osobina nanočestičnog mešovitog manganovog oksida sastavaLa0.7Ca0.3MnO3 dobijenog primenom dveju različitih metoda sinteze: mehanohemijskesinteze i modifikovane sinteze samorasprostirućim talasom sagorevanja (SHS).Karakterizacija sintetisanih uzoraka izvršena je pomoću rendgenske difrakcije,transmisione elektronske mikroskopije i SQUID magnetometrije. Rendgenostrukturnaanaliza pokazala je da su uzorci dobijeni na oba načina jednofazni i da kristališu uprostornoj grupi Pnma (ortorombična distorzija perovskitne strukture O′ tipa).Primenom mehanohemijske metode sinteze dobijen je sistem koji se odlikujeznačajnim mikronaprezanjem, velikom magnetnom anizotropijom i postojanjemneuređenog površinskog sloja čija debljina iznosi ~ 30 % ukupnog dijametra čestice.Kao posledica aglomeracije čestica praha u uzorku su prisutne međučestične interakcije(dipol-dipol), što je potvrđeno opsežnim magnetnim merenjima. Ustanovljeno je da će,zavisno od eksperimentalnih uslova, sistem ispoljavati ili kolektivno spinsko ponašanjeanalogno stanju super-spinskog stakla (TP ≤ 46 K, H ≤ 500 Oe) ili superparamagnetnoponašanje.Velika pažnja posvećena je razvoju modifikovane sinteze SHS, sa ciljem da seobezbedi jednostepeni postupak za dobijanje nanočestičnih čvrstih rastvora visokekristaliničnosti. Ovaj postupak je uspešno primenjen za dobijanje predmetnog oksida unanočestičnoj formi. Nanočestice praha La0.7Ca0.3MnO3 sintetisanog modifikovanomSHS metodom odlikuju se visokim stepenom kristaliniteta bez prisustva amorfnog slojana površini i relativno uzanom raspodelom čestica po veličini (12-35) nm. Na osnovuanalize magnetnih merenja utvrđeno je da ovako dobijeni materijal istovremenoispoljava osobine koje su karakteristične i za masivne i za nanočestične sisteme, što jerezultat spoja visokog stepena kristaliničnosti sa jedne, i male veličine čestica sa drugestrane. Ponašanje magnetizacije u zavisnosti od temperature pruža jake indikacije zaprisustvo međučestičnih interakcija i u ovom uzorku.This thesis presents the results of the investigation of structural, microstructuraland magnetic properties of nanosized mixed manganite samples with compositionLa0.7Ca0.3MnO3, obtained by using two different methods of synthesis:mechanochemical synthesis and modified self-propagating high-temperature synthesis(SHS). The samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), transmissionelectron microscopy (TEM) and SQUID magnetometry. The structural analysis of XRDdata showed that both samples are single phase and crystallize within O′ type oforthorhombic perovskite structure (space group Pnma).The sample obtained by mechanochemical treatment exhibits significantmicrostrain, high magnetic anisotropy and the existence of a disordered layer on theparticle surface whose thickness amounts 30 % of a particle diameter. Due to particleagglomeration, a certain degree of interparticle interactions (dipolar) within the sampleare present, which was confirmed by comprehensive set of magnetic measurements. Itwas found that, depending on the experimental conditions, the system will exhibitcollective behavior which corresponds to super-spin glass state (TP ≤ 46 K, H ≤ 500 Oe)or superparamagnetic behavior.In order to provide a single-step process for the synthesis of nanoparticle solidsolutions with high crystallinity, special attention was paid to development ofappropriate modification of SHS synthesis. This procedure was successfully applied forobtaining the subject oxide in the nanoparticle form. Nanoparticles of La0.7Ca0.3MnO3powder synthesized by a modified SHS method are found to be highly crystallinewithout the presence of an amorphous surface layer and to have relatively narrowparticle size distribution (12-35) nm. The analysis of magnetic measurements showedthat the so obtained material exhibits interesting mixture of bulk- and nanocharacteristics,originating from the combination of high crystallization degree andsmall particle size. Temperature dependence of magnetization indicates the presence ofinterparticle interactions in this sample