Патент на изобретение №2256618
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРОМАГНИТНОГО ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВОГО СУЛЬФИДА С ГИГАНТСКИМ МАГНИТОСОПРОТИВЛЕНИЕМ
(57) Реферат:
Изобретение предназначено для химической промышленности и микроэлектроники. Исходные мелкодисперсные порошки марганца, железа и серы помещают в кварцевые ампулы, вакуумируют и запаивают. Исходные компоненты берут в количествах, соответствующих формуле железомарганцевых сульфидов FexMn1-xS. Ампулы нагревают в электропечи со скоростью 40°/час до 960°С, выдерживают при этой температуре 10 дней, охлаждают с печью. Полученные слитки растирают до получения мелкодисперсного порошка. Прессуют бруски, снова помещают в кварцевые ампулы, откачивают, запаивают, отжигают при 1000°С в 1 сутки. Полученные железомарганцевые сульфиды являются недорогими, имеют гигантское магнитосопротивление в широкой области концентраций в диапазоне температур 50-200 К, 2 ил., 2 табл.
(56) (продолжение): CLASS=”b560m”
Изобретение относится к разработке способов получения новых соединений марганца с гигантским магнитосопротивлением (с особыми магнитоэлектрическими свойствами), которые могут быть использованы для нужд микроэлектроники. Известны оксидные соединения марганца типа La1-xAxMnO3 (A=Ca, Sr, Pb и т.д.; 0<Х Недостатком указанных веществ является высокая стоимость входящих в их состав редкоземельных элементов и реализация эффекта ГМС в узком температурном интервале вблизи температуры магнитного перехода. Известны также катионзамещенные сульфиды европия с гранецентрированной кубической решеткой [Метфессель 3., Маттис Д. Магнитные полупроводники. М.: Мир. 1972 – 405 с.], которые в интервале температур 4.2 – 40 К являются ферромагнитными полупроводниками и претерпевают эффект гигантского магнитосопротивления (ГМС) при температуре перехода ферромагнетик-парамагнетик в области Т=40 К. Недостатком сульфидов европия является присутствие редкоземельных элементов в составе сульфида и низкие значения температуры, при которой имеет место гигантское магнитосопротивление. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ, описанный в (ст. Петраковского Г.А. и др. “Твердые растворы FexMn1-xS с колоссальным магниторезистивным эффектом”. Известия АН, Серия физическая, 2002, т.66, №6, с.857-860, прототип), заключающийся в индукционном нагреве до 960°С в запаянных кварцевых ампулах исходных компонентов: Fe, Мn и S, выдержке при этой температуре в течение 10 дней и охлаждении. Недостатком этого способа является то, что эффект гигантского магнитосопротивления в сульфидах MexMn1-xS наблюдается в узкой области концентраций. Техническим результатом изобретения является получение дешевых соединений марганца с гигантским магнитосопротивлением в широкой области концентраций. Технический результат достигается тем, что в способе получения ферромагнитного железомарганцевого сульфида с гигантским магнитосопротивлением, включающем индукционный нагрев до 960°С в запаянных кварцевых ампулах исходных компонентов: Мn, Fe и S, выдержку в течение 10 дней и охлаждение, новым является то, что синтез проводят в два этапа, на первом из которых нагрев ведут со скоростью 40°/час, а на втором – после охлаждения шихту мелко растирают, прессуют и снова отжигают при 1000°С в течение суток. Соединения марганца с гигантским магнитосопротивлением не содержат редкоземельные элементы, вместо кислорода включают серу и синтезируются по определенному температурно-временному режиму. Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения отличаются от известного количественным соотношением компонент и технологией синтеза, таким образом, заявляемые технические решения соответствуют критерию “новизна” и “изобретательный уровень”. Синтезированы железомарганцевые сульфиды MexMn1-xS, в состав шихты которых в качестве исходных компонент входили электролитические мелкодисперсные порошки марганца (чистоты 99, 999%), железа (чистоты 99, 999%) и серы (чистоты 99,999%).
Для экспериментальной проверки заявляемого вещества были подготовлены три состава, которые приведены в таблице №1 в атомных %. Для получения поликристаллических образцов FexMn1-xS был выбран метод вакуумированных кварцевых ампул. Компоненты брались в соответствующих количествах (таблица №1), просушивались и помещались в кварцевые ампулы. Ампулы с шихтой вакуумировались до остаточного давления 10-3 мм рт.ст. и затем запаивались при помощи кислородной горелки. Вакуумированные ампулы помещались в стакан из нержавеющей стали, в котором находилась окись алюминия. Затем ампулы подвергались медленному нагреву в вертикальной электропечи с силитовыми нагревателями со скоростью 40° в час до температуры 960°С. При 960°С ампулы выдерживают в течение 10 дней, затем охлаждают с печью. Скорость нагрева и охлаждения задавалась и контролировалась с помощью терморегулятора с программным управлением. В результате синтеза получались вещества в виде плотных слитков, которые растирались в агатовой ступке до мелкодисперсного порошка для достижения гомогенности вещества. Из полученного порошка при помощи специальной прессформы прессовались бруски в виде параллелепипедов размерами 10×3×5 мм3, которые вновь помещали в кварцевые ампулы специальной формы, затем откачивались, запаивались и отжигались при 1000°С в течение суток. Скорость нагрева ампул при отжиге 100°/час. Полученные образцы были однородными по составу и использовались для измерений. На фиг.1 представлены кривые намагничивания образцов с составом Х=0.29 в полях до 30 кЭ при температурах 79 и 300 К. Они нелинейны, имеют полевой гистерезис и свидетельствуют о том, что синтезированное вещество является ферромагнетиком. Температура Кюри ТC=730 К. На фиг.2 представлены температурные зависимости магнитосопротивления, свидетельствующие, что синтезированные вещества имеют в области температур 50-200 К эффект гигантского отрицательного магнитосопротивления. Представленные на фиг.1-2 данные подтверждаются актом испытаний заявляемого вещества. Из фиг.1-2 и таблицы №2, где представлены физические характеристики исследуемых образцов, следует, что заявляемое вещество обладает высоким значением намагниченности и гигантским магнитосопротивлением в диапазоне температур 50-200 К с максимальным развитием ГМС при температурах 160 К (-83%) в магнитном поле Н=10 кЭ, 50 К (-450%) в поле 11=30 кЭ для состава II. Магнитосопротивление определено по формуле где
где а, Использование заявляемого изобретения позволит: – разрабатывать элементы микроэлектроники на основе эффекта ГМС для разных рабочих температур; – сократить финансовые затраты на изготовление материалов с ГМС.
Формула изобретения
Способ получения ферромагнитного железомарганцевого сульфида с гигантским магнитосопротивлением, включающий индукционный нагрев до 960°С в запаянных кварцевых ампулах исходных компонентов: Mn, Fe и S, выдержку в течение 10 дней и охлаждение, отличающийся тем, что синтез проводят в два этапа, на первом из которых нагрев ведут со скоростью 40°/ч, а на втором после охлаждения шихту мелко растирают, прессуют и снова отжигают при 1000°С в течение суток.
РИСУНКИ
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 09.12.2005
Извещение опубликовано: 27.10.2007 БИ: 30/2007
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(Н=0) – электросопротивление в нулевом магнитном поле, 
0) -электросопротивление в заданном магнитном поле.
, Гс·см3/г 77 К,
H, % (Н=10кЭ)
