Spin reversal in Gd(Me,Mn)O3 (Me = Co, Ni)

Abstract

[EN] Partial substitution of the rare-earth by calcium at the cationic site of the ABO3 perovskites may show extraordinary effects of spin reversal due to a negative polarization between the rare-earth and the manganese networks, as it occurs in the solid solution Gd1‑xCaxMnO3. We present herein similar effects in gadolinium perovskites of the Gd(Me,Mn)O3 type, in which the manganese sublattice has been partially substituted by transition metal elements Me, leaving the gadolinium network intact. The spin reversal phenomena is observed at a critical concentration of x(Me) = 1/3, which implies an optimum number of pairs Mn3+-Mn4+. Néel temperatures of 48 and 67 K are obtained for Me = Co and Ni, respectively, at the optimum concentration of substituent. A comparison between these different solid solutions allows us to generalize the interpretation of two interacting magnetic sublattices : a Mn-based ferromagnetic one and a negatively-aligned gadolinium network.

[ES] La sustitución parcial del lantánido por el elemento calcio en el sitio catiónico (sitio A) de la perovskita ABO3 puede dar lugar a efectos importantes ligados a una inversión del espín. Dicha inversión se debe a una interacción negativa entre la tierra rara y la subred de manganeso, tal como ocurre en la solución solida Gd1-xCaxMnO3. Se presentan en este trabajo efectos similares que ocurren en las perovskitas de gadolinio de fórmula Gd(Me,Mn)O3, en las cuales la subred de manganeso (sitio B) ha sido reemplazada parcialmente por otros metales de transición Me, dejando intacta la subred de gadolinio. Se observa el fenómeno de inversión de espín para una concentración crítica x(Me) = 1/3, para la cual se logra una cantidad óptima de pares Mn3+‑Mn4+. Para esta concentración crítica se observan temperaturas de Néel antiferromagnéticas del orden de 48 y 67 K, respectivamente para Me = Co y Ni. Un análisis comparativo entre estos diferentes sistemas permite generalizar la interpretación de la existencia de dos subredes magnéticas que interactúan : una subred ferromagnética relacionada con el Mn, y una subred de gadolinio cuyos espines se orientan en sentido contrario a la primera.