×
20.11.2017
217.015.efd3

Гольмий-марганцевый сульфид с гигантским магнитосопротивлением

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение может быть использовано в производстве элементов микроэлектроники, сенсорной техники. Гольмий-марганцевый сульфид с гигантским магнитосопротивлением включает марганец и серу и дополнительно содержит гольмий при следующем соотношении компонентов, мас.%: гольмий 2,5-15, марганец 47,5-35, сера 50. Изобретение позволяет получить магнитное соединение с кубической решеткой NaCl-типа, обладающее устойчивым и повторяющимся эффектом гигантского магнитосопротивления в широкой области температур и магнитных полей. 4 ил., 2 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к разработке новых сульфидных соединений, содержащих гольмий, марганец и серу и обладающих эффектом гигантского магнитосопротивления (т.е. особыми магнитоэлектрическими свойствами), которые могут быть использованы в качестве составляющих компонент сенсорной техники, магнитной памяти и использоваться для нужд микроэлектроники. Материалы, обладающие эффектом гигантского магнетосопротивления (ГМС), способны на порядок менять свое электрическое сопротивление при приложении внешнего магнитного поля.

Обобщая, можно сказать, что все известные на сегодня ГМС-вещества являются сложными (оксидными) фазами на основе оксидов марганца, ферромагнетизм ионов которого и несет ответственность за появление ГМС-эффекта. Известны оксидные соединения марганца типа La1-xAxMnO3 (А=Са, Sr, Ва и т.д.) и способы их получения [Нагаев Э.Л. Манганиты лантана и другие магнитные полупроводники с гигантским магнитосопротивлением // УФН. - 1996. - Т. 166, №8. - С. 796-857; Каган М.Ю., Кугель К.И. Неоднородные зарядовые состояния и фазовое расслоение в манганитах// УФН. - 2001. - Т. 171, №6. - с. 577-596]. Интерес к этим соединениям связан с эффектом ГМС, проявляющимся в резком уменьшении сопротивления этих соединений. Максимальная амплитуда этого эффекта наблюдается в непосредственной окрестности перехода в ферромагнитное состояние, при высоких значениях температуры Кюри ТC~250÷400 К и открывает широкие перспективы их технологического применения.

Недостатком указанных веществ является высокая чувствительность манганитов лантана к концентрации двухвалентной примеси, высокая температура плавления Т~1800-1900°, стоимость входящих в их состав элементов и реализация эффекта ГМС в узком температурном интервале вблизи температуры магнитного перехода.

Известен также ванадиевый дисульфид хрома - меди CuVXCr1-XS2 (ромбоэдрическая структура, пространственная группа R3m), который относится к классу смешанных электрон-ионных полупроводников и является антиферромагнетиком с критическими температурами суперионного (Tsu=670 K) и магнитного (TN~40 K) переходов [Г.М. Абрамова, Г.А. Петраковский, А.Н. Втюрин, A.M. Воротынов, Д.А. Великанов, А.С. Крылов, Ю. Герасимова, В.В. Соколов, А.Ф. Бовина. Магнитные свойства, магнитосопротивление и спектры комбинационного рассеяния CuVXCr1-XS2. ФТТ, 2009, т. 51, в. 3, стр. 500-504]. Эффект отрицательного магнитосопротивления в этом соединении наблюдается при 77 К в магнитном поле 10 кЭ и составляет -40%. Этот эффект наблюдается только в поликристаллических образцах и не наблюдается в монокристаллических образцах с дефицитом меди.

Недостатком дисульфидов CuVXCr1-XS2 является не простая слоистая структура, сложность технологии роста кристаллов из-за высокой подвижности ионов меди и низкие значения температуры, при которой имеет место отрицательное магнитосопротивление.

В исходном моносульфиде марганца α-MnS (антиферромагнетик с гранецентрированной кубической (ГЦК) решеткой типа NaCl) найдена анизотропия удельного электросопротивления для двух кристаллографических направлений [111] и [100] в интервале температур 77-300 К. Обнаружено отрицательное магнитосопротивление, величина которого в поле 10 кЭ составляет -12% и наиболее ярко проявляется в [111]. С ростом магнитного поля величина магнитосопротивления не меняется, но минимум смещается в область низких температур.

Основными недостатками моносульфида марганца являются малая величина магниторезистивного эффекта, энергозатратность технологии синтеза и низкие рабочие температуры магниторезистивных элементов на основе таких материалов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является железомарганцевый сульфид FeXMn1-XS [патент РФ №2256618. Бюл. №20 от 20.07.2005] (прототип), содержащий компоненты при следующем соотношении, ат.%: Fe 12,5-20; Μn 30-37,5 и S-50, и имеющий простую кубическую структуру типа NaCl. С возрастанием степени катионного замещения (X) в системе FeXMn1-XS наблюдается переход полупроводник - полуметалл с ХC=0.4 и рост намагниченности, при этом температура Нееля возрастает от 150 К для Х=0 до 210 К для Х=0.2. Железомарганцевый сульфид обладает ГМС в диапазоне температур 50-250 К с максимальным развитием эффекта ГМС (δΗ=-83%) при температурах 160 К в магнитном поле Н=10 кЭ и δΗ=-450% при 50 К в поле Н=30 кЭ.

Недостатком известных железомарганцевых сульфидов FeXMn1-XS является плохая повторяемость обнаруженного эффекта и его реализация в узкой области температур.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение магнитных соединений гольмий-марганцевых сульфидов с кубической решеткой NaCl-типа, обладающих устойчивым и повторяющимся эффектом гигантского магнитосопротивления в широкой области температур.

Технический результат достигается тем, что магнитный полупроводниковый сульфид с гигантским магнитосопротивлением, включающим марганец и серу, новым является то, что он дополнительно содержит гольмий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Гольмий 2,5-15
Марганец 47,5-35
Сера 50

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию «новизна». При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».

Для экспериментальной проверки заявляемого вещества были подготовлены три состава, которые приведены в таблице №1 в атомных %.

Кристаллы HoXMn1-XS выращены кристаллизацией из расплава полученных порошковых сульфидов чистотой не ниже 99,9%, в стеклоуглеродных тиглях и кварцевом реакторе в атмосфере аргона, в качестве сульфидирующих реагентов - NH4CNS. Рассчитанная смесь оксидов в стеклоуглеродной лодочке помещалась в кварцевую трубу. После вытеснения воздуха аргоном и продуктами разложения роданида аммония из отдельного реактора включалась печь. Синтез выполнялся в два этапа: нагрев смеси до 500°С с выдержкой при этой температуре в течение 1 ч; после перетирания - повторное сульфидирование в течение 3 ч при 750-800°С. Для полноты сульфидирования и гомогенизации получаемого порошкового сульфида проводился отжиг в течение 30 ч в сульфидирующей атмосфере при 800°С с неоднократным измельчением сульфидов. Полнота сульфидирования контролировалась методом рентгенофазового анализа и весовым контролем.

Для кристаллизации из расплава сульфида был использован высокочастотный нагрев графитового тигля диаметром 10 мм, заполненного 6-7 г порошка сульфида. Кварцевый реактор с тиглем протягивался со скоростью от 0,5 до 1 см/ч через одновитковый индуктор. Инертная атмосфера в реакторе поддерживалась аргоном. Для получения расплава сульфида экспериментально определялись необходимые параметры мощности, подаваемой на индуктор. В результате синтеза получались вещества в виде плотных слитков. Полученные образцы были однородными по составу и использовались для физических измерений.

Согласно результатам рентгеноструктурного анализа гольмий-марганцевые сульфиды HoXMn1-XS имеют ГЦК структуру типа NaCl (фиг. 1). С увеличением степени катионного замещения параметр элементарной ячейки а увеличивается (фиг. 1). Сопутствующих примесных фаз в синтезированных образцах обнаружено не было.

В Таблице №2 представлены основные физические характеристики системы гольмий-марганцевого сульфида HoXMn1-XS.

Замещение марганца ионами гольмия приводит к значительному изменению магнитных свойств образцов гольмий-марганцевой системы HoXMn1-XS. К резкому уменьшению парамагнитной температуры Кюри в результате конкуренции обменных взаимодействий и уменьшению величины эффективного магнитного момента в области концентраций 0<Х≤0,1. Микроскопический механизм уменьшения обмена и минимум в концентрационной зависимости магнитного момента связан с изменением электронной структуры ионов марганца взаимодействующих с ионами гольмия. Ферромагнитное обменное взаимодействие между ионами марганца и гольмия приводит к росту магнитной восприимчивости с понижением температуры. На фиг. 2 представлены температурные зависимости магнитного момента для разных концентраций I, II, III системы HoXMn1-XS, измеренных при разных частотах (100 Гц, 1 кГц, 10 кГц).

На фиг. 3 и 4 представлены температурные зависимости электросопротивления (фиг. 3) и магнитосопротивления (фиг. 3 вставка) для состава I и II (фиг. 4) и (фиг. 4 вставка) соответственно, свидетельствующие о том, что в синтезированных веществах в области температур 77-400 К наблюдается эффект гигантского отрицательного магнитосопротивления с максимальным развитием эффекта ГМС в магнитном поле Н=8 кЭ величина δН, % составляет -30% и -100% соответтвенно. Магнитосопротивление определено по формуле

,

где ρ (Н=0) - электросопротивление в нулевом магнитном поле, ρ (Н≠0) - электросопротивление в заданном магнитном поле.

Представленные в заявке результаты подтверждаются экспериментально на фиг. 1, 2, 3, 4 и таблице 2.

где а, нм - параметр кристаллической решетки; Θ, К- парамагнитная температура Кюри; μeff, μB - эффективный магнитный момент; TN, К - температура Нееля; δH, % - магнитосопротивление; ρ, Ом·см - удельное сопротивление при 300 К.

Использование заявляемого изобретения позволит:

- разрабатывать элементы микроэлектроники (в качестве составляющих компонент сенсорной техники, магнитной памяти и т.д.) на основе эффекта ГМС, устойчивого и повторяющегося, а также проявляющегося в широкой области температур и магнитных полей;

- сократить финансовые затраты на изготовление полупроводниковых магнитных материалов с ГМС.


Гольмий-марганцевый сульфид с гигантским магнитосопротивлением
Гольмий-марганцевый сульфид с гигантским магнитосопротивлением
Гольмий-марганцевый сульфид с гигантским магнитосопротивлением
Гольмий-марганцевый сульфид с гигантским магнитосопротивлением
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 21-30 of 61 items.
16.01.2019
№219.016.aff0

Микрополосковый фильтр нижних частот

Изобретение относится к технике СВЧ. Фильтр содержит подложку с относительной диэлектрической проницаемостью и толщиной, с одной стороны которой выполнен металлический экран, на противоположной стороне подложки расположен свернутый в форме меандра нерегулярный полосковый проводник, широкие и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677103
Дата охранного документа: 15.01.2019
16.01.2019
№219.016.b03e

Узел сочленения стержней пространственной конструкции и способ его изготовления

Изобретение относится к узлу сочленения стержней пространственной конструкции. Техническим результатом является увеличение прочности конструкции во всех направлениях при увеличении удельной жесткости, снижение коэффициента линейного теплового расширения и материалоемкости изготовления....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677200
Дата охранного документа: 15.01.2019
01.05.2019
№219.017.47d9

Способ защиты от низовых пожаров

Способ защиты от низовых пожаров относится к области противопожарных мероприятий, а именно к профилактике возникновения и распространения низовых пожаров. Способ заключается в создании противопожарных заслонов, путем обработки растительного покрова и поверхности растущих деревьев на высоту до...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686506
Дата охранного документа: 29.04.2019
31.05.2019
№219.017.712a

Размалывающая гарнитура

Размалывающая гарнитура содержит роторный 1 и статорный 2 диски. На рабочих поверхностях дисков 1 и 2 равномерно распределены криволинейные ножевые выступы 3. Шаг между режущими кромками ножевых выступов 3, их толщина и ширина межножевых канавок 4 от входной окружной кромки диска до выходной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002689609
Дата охранного документа: 28.05.2019
31.05.2019
№219.017.717a

Клеевая композиция

Изобретение относится к клеевой промышленности и может быть использовано для гибких соединений резины, кожи, кожзаменителей, термоэластопластов, текстильных материалов. Клеевая композиция содержит компоненты при следующем соотношении: бутадиен-стирольный термоэластопласт радиального строения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002689577
Дата охранного документа: 28.05.2019
31.05.2019
№219.017.717e

Клеевая композиция на основе бутадиен-нитрильного каучука

Изобретение относится к клеевой промышленности и может быть использовано для гибких соединений резины, кожи, кожзаменителей, текстильных материалов. Клеевая композиция содержит компоненты при следующем соотношении, мас.ч.: бутадиен-нитрильный каучук (100), фенолформальдегидная смола (10-20),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002689583
Дата охранного документа: 28.05.2019
01.06.2019
№219.017.71cc

Способ строительства участка технологической лесовозной дороги

Изобретение относится к области строительства технологических дорог лесного комплекса. Способ включает укладку дренажного слоя в две вырытые траншеи, по длине равные длине участка технологической лесовозной дороги, причем дренажный слой выполнен из нижнего и верхнего поперечных настилов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002689963
Дата охранного документа: 29.05.2019
04.06.2019
№219.017.739e

Технологическая лесовозная дорога

Изобретение относится к области строительства технологических дорог лесного комплекса. Технологическая лесовозная дорога состоит из земляной основы, на которую на всю ширину и длину участка технологической лесовозной дороги уложен деревянный настил в виде гибкого основания, стянутого канатом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690243
Дата охранного документа: 31.05.2019
19.06.2019
№219.017.83f9

Магнитокумулятивный витковый генератор быстронарастающих импульсов тока

Изобретение относится к импульсной взрывной технике, к взрывным источникам многоразового действия, которые могут быть использованы в энергетической и другой технике. Технический результат заключается в создании виткового генератора импульсного тока, работающего в импульсном или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002691626
Дата охранного документа: 17.06.2019
19.07.2019
№219.017.b641

N, n-бис(4-нитрозофенил)гексан-1,6-диамин

Изобретение относится к области органической химии, а именно к N,N-бис(4-нитрозофенил)гексан-1,6-диамину указанной ниже общей формулы, где n=6. Предложенное соединение может найти применение как структурирующий (вулканизующий) агент и одновременно стабилизирующий модификатор (антиоксидант) в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002694841
Дата охранного документа: 17.07.2019
Showing 1-8 of 8 items.
26.08.2017
№217.015.d863

Теплоизоляционный материал

Изобретение относится к производству теплоизоляционных материалов в виде матов, а именно сырьевой смеси, предназначенных для строительства, в частности для многослойных стеновых вертикальных и горизонтальных панелей, и для теплоизоляции различных сооружений. Теплоизоляционный материал на основе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002622654
Дата охранного документа: 19.06.2017
29.12.2017
№217.015.f73d

Способ создания реактивной тяги бесклапанного пульсирующего воздушно-реактивного двигателя

Способ создания реактивной тяги бесклапанного пульсирующего воздушно-реактивного двигателя может быть применен в двигателях летательных аппаратов. Способ включает циклический выброс продуктов сгорания и всасывание атмосферного воздуха во впускном канале с осуществлением одновременной генерации...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639279
Дата охранного документа: 20.12.2017
29.12.2017
№217.015.fb0f

Способ технического обслуживания карданных шарниров

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для обслуживания карданных шарниров на игольчатых подшипниках. Способ технического обслуживания карданных шарниров заключается в том, что вначале проводят предварительную разметку положения вилок карданного шарнира, затем разбирают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640157
Дата охранного документа: 26.12.2017
20.01.2018
№218.016.1993

Устройство развертывания трансформируемых механических систем космического аппарата

Изобретение относится к средствам перевода трансформируемых конструкций (например, солнечных батарей) космического аппарата из сложенного положения в раскрытое. Устройство содержит кронштейны (1) и (2), прикрепленные к взаимно подвижным элементам (4) и (5) (например, панелям) конструкции...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002636207
Дата охранного документа: 21.11.2017
20.01.2018
№218.016.1b25

Электрический имитатор аккумуляторной батареи с защитой по току и напряжению и устройство защиты электрического имитатора аккумуляторной батареи

Изобретение относится к преобразовательной технике, предназначенной для имитации характеристик аккумуляторных батарей, и может быть использовано при испытаниях систем электропитания, работающих в режиме заряда и разряда. Технический результат заключается в повышении коэффициента использования...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002635897
Дата охранного документа: 16.11.2017
20.01.2018
№218.016.1b4e

Способ создания электрореактивной тяги

Изобретение относится к способу создания электрореактивной тяги. Способ состоит в том, что после создания электрореактивной тяги в режиме горения топлива при импульсном давлении в усеченной сферической камере сгорания с образованием огненного ядра в камере сгорания и плазменного ядра в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002635951
Дата охранного документа: 17.11.2017
04.04.2018
№218.016.30bb

Микрополосковый широкополосный фильтр

Изобретение относится к СВЧ-радиотехнике, в частности к фильтрам. Микрополосковый широкополосный фильтр содержит диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую - полосковые проводники, электромагнитно связанные между собой. Узкие и широкие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002644976
Дата охранного документа: 15.02.2018
04.04.2018
№218.016.34cd

Тяговое мобильное устройство для круговой обработки почвы

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к орудиям, применяемым, например, на круговых полях. Тяговое мобильное устройство для круговой обработки почвы содержит центральную опору со стрелой, связанной с возможностью вращения относительно опоры через...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646050
Дата охранного документа: 01.03.2018
+ добавить свой РИД