Структурная и магнитная неоднородность, фазовые переходы, ЯМР $^{55}$Mn и магниторезистивные свойства керамики La$_{0.6}$Sr$_{0.2}$Mn$_{1.2-x}$Nb$_x$O$_3$

Рентгеноструктурным, резистивным, электронно-микроскопическим, магниторезистивным и магнитными ($\chi_{\mathrm{ac}}$, ЯМР $^{55}$Mn) методами исследованы керамические образцы La$_{0.6}$Sr$_{0.2}$Mn$_{1.2-x}$Nb$_x$O$_3$ ($x$ = 0–0.3), спеченные при 1260 и 1500$^\circ$C. Согласование увеличивающегося параметра $a$ ромбоэдрической $R\bar3c$ структуры с ее средним ионным радиусом при росте $x$ и температуры спекания получено для случая, когда решетка содержит анионные, катионные вакансии и наноструктурные кластеры. Повышение удельного сопротивления и понижение температур фазовых переходов металл-полупроводник $T_{\mathrm{ms}}$ и ферромагнетик-парамагнетик $T_C$ при росте $x$ и температуры спекания объяснены уменьшением количества ферромагнитной фазы, изменениями соотношения Mn$^{3+}$/Mn$^{4+}$, кислородной нестехиометрии и концентрации дефектов, ослабляющих высокочастотный электронный обмен Mn$^{3+}$ $\leftrightarrow$ Mn$^{4+}$. Наличие наноструктурных кластеров подтвердил аномальный гистерезис, обусловленный однонаправленной обменной анизотропией взаимодействия между ферромагнитной матрицей и антиферромагнитным кластером с Mn$^{2+}$ и Nb$^{3+}$ в искаженных A-позициях. Широкие асимметричные спектры ЯМР $^{55}$Mn и их компьютерное разложение свидетельствуют о высокочастотном электронном обмене и неоднородности магнитных и валентных состояний марганца вследствие неравномерности распределения всех ионов и дефектов. Наблюдается два вида магниторезистивного эффекта. Один – вблизи температур фазовых переходов $T_C$ и $T_{\mathrm{ms}}$ – связан с рассеянием на внутрикристаллитных наноструктурных неоднородностях дефектной перовскитовой структуры. Другой – в низкотемпературной области – обусловлен туннелированием на мезоструктурных межкристаллитных границах. Фазовая диаграмма характеризует сильную корреляционную взаимосвязь между составом, структурой, резистивными и магнитными свойствами в редкоземельных манганитах.