Crystalline structure of the manganites solid solution RE(Me,Mn)O<sub>3</sub>, (RE=Gd,Er; Me=Ni,Co)

Abstract

The structural properties of the manganites solid solution RE(Me,Mn)O₃, RE=Er,Gd, have been studied by X-ray diffraction and electric measurements. Powders were prepared by solid state reaction between the component oxides. Incorporation of Ni²⁺ or Co²⁺ on the lattice in the Mn sites leads to changes in the parameters and symmetry of the perovskite or hexagonal compounds GdMnO₃ and ErMnO₃ respectively. The phase transitions depend on the amount of substituted Jahn-Teller Mn³⁺ cations, and, therefore, of the cooperative Jahn-Teller interaction weakness. Solid solutions based on GdMnO₃ perovskite compound change from O’-type to O-type orthorhombic perovskite symmetry when the Mn³⁺ cation amount decreases, because of the progressive substitution for Ni, Co. This transition occurs for lower amount of Ni²⁺ than for Co²⁺ cation. The Er-based solid solutions showed a different behaviour. For Ni²⁺ and Co²⁺ incorporation there are changes from hexagonal ErMnO₃-type lattice to perovskite-type symmetry, for 20 at% and 30 at% respectively of substituting cations. The resultant perovskites crystallised directly in the O-type orthorhombic perovskite structure. The steric influence seems to play a secondary role, such as it can be deduced of the small variation of the Goldschmidt tolerance factor, t, for perovskite structure.<br><br>Las propiedades estructurales de las soluciones sólidas RE(Me,Mn)O₃, RE=Gd,Er, Me=Ni,Co, han sido estudiadas por difracción de rayos X, (DRX) y medidas eléctricas. Las fases se sintetizaron por reacción en estado sólido entre los óxidos componentes. La incorporación de los cationes Ni²⁺ y Co^2+,3+ en la red en lugar de Mn lleva a cambios en los parámetros de red y en la simetría de la perovskita, GdMnO₃ o del compuesto hexagonal ErMnO₃ respectivamente. Las transiciones de fase dependen de la cantidad de Mn³⁺ sustituido, y por tanto de la debilitación del efecto co-operativo Jahn-Teller. Las soluciones sólidas basadas en GdMnO₃ cambian de perovskita tipo O’ a perovskita tipo O. Esta transición ocurre para una menor cantidad de Ni que para Co como sustituyentes. Las soluciones basadas en ErMnO₃ muestran un comportamiento algo diferente: la incorporación induce cambios desde la estructura hexagonal a una estructura tipo perovskita en la forma O, para cantidades de ~20 at% Ni y para ~30 at% Co. La influencia del factor estérico en las transiciones observadas parece jugar un papel secundario frente a la desaparición progresiva de los cationes Jahn-Teller Mn³⁺.

Keywords

• manganites
• perovskite solid solutions
• crystalline structure
• phase transitions
• manganitas
• soluciones sólidas de perovskita
• estructura cristalina
• transiciones de fase