Флуктуации параметров порядка в манганитах $R_{0.55}$Sr$_{0.45}$MnO$_3$ вблизи фазового перехода металл-диэлектрик

Экспериментально исследованы магнитные фазовые превращения в манганитах с почти половинным заполнением зоны проводимости вблизи фазового перехода металл-диэлектрик, индуцированные изменением состава, напряженности внешнего магнитного поля и температуры. Найдено, что замещение Nd ионом с меньшим радиусом (Sm) в манганитах $R_{0.55}$Sr$_{0.45}$MnO$_3$ приводит к линейному уменьшению $T_c$ от 270 до 130 K и трансформации ферромагнитного (ФM) фазового перехода второго рода к переходу первого рода. Результаты измерения ac-магнитной восприимчивости в системе (Nd$_{1-y}$Sm$_y$)$_{0.55}$Sr$_{0.45}$MnO$_3$ свидетельствуют о существовании фазы, подобной фазе Гриффитса, в образцах с концентрацией $y>$ 0.5 в интервале температур $T_c<T<T^*$ (где $T^*\sim$ 220 K). В изотермах намагниченности, полученных для образцов с $y>$ 0.5, при температурах выше $T_c$ обнаружены особенности в виде обратимых метамагнитных фазовых переходов, связанных с сильными флуктуациями ближнего ФМ-порядка в системе спинов Mn в высокотемпературной фазе Гриффитса, состоящей из ФМ-кластеров. Согласно результатам измерений ac-магнитной восприимчивости в системе (Sm$_{1-y}$Gd$_y$)$_{0.55}$Sr$_{0.45}$MnO$_3$ для концентрации гадолиния $y$ = 0.5, обнаружено существование антиферромагнитной (АФМ) фазы c необычно низкой критической температурой упорядочения спинов $T_N\cong$ 48.5 K. Увеличение внешнего статического магнитного поля при 4.2 K привело к необратимому индуцированию ФМ-фазы, устойчивой в интервале температур 4.2–60 K. В интервале температур 60 $<T<$ 150 K реализуется высокотемпературная фаза, подобная фазе Гриффитса, состоящая из кластеров (корреляций) с локальным зарядовым/орбитальным упорядочением. Метастабильная АФМ-структура сохраняется в образцах с концентрацией $y$ = 0.6 и 0.7, но разрушается при дальнейшем росте концентрации гадолиния с переходом в спин-стекольное состояние. Согласно изотерме намагниченности, полученной при изменении внешнего статического магнитного поля в интервале полей $\pm$ 70 kOe при 4.2 К, и температурной зависимости ac-магнитной восприимчивости $\chi$, в керамике Gd$_{0.55}$Sr$_{0.45}$MnO$_3$ реализуется смешанное двухфазное низкотемпературное состояние, состоящее из квантовой фазы Гриффитса с характерной расходимостью $\chi(T)$ вблизи $T$ = 0, внедренной в спин-стекольную матрицу с температурой “замерзания” спинов $T_G\cong$ 42 K. Низкотемпературное состояние с квантовыми флуктуациями существует в системе (Sm$_{1-y}$Gd$_y$)$_{0.55}$Sr$_{0.45}$MnO$_3$ для $y\ge$ 0.5.