Электрические свойства соединения Sm x Mn 1-Xs с переменной валентностью Текст научной статьи по специальности «Физика»

40000

field (Oe)

1 T = 5 K

2 T = 25 K

3 T = 60 K

40000

field (Oe)

б

80000

0

80000

а

field (Oe)

в

Рис. 2. Зависимости намагниченности от внешнего магнитного поля для составов МпИоБ с х = 0,05 (а), 0,1 (б), 0,25 (в) при температурах Т = 5 К, 25 К, 60 К

S. S. Aplesnin, E. V. Eremin, A. V. Yuzifovich, M. A. Lopatina Siberian State Aerospace University named after academican M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

MAGNETIZATION PROPERTIES OF Mn1-X HoxS SOLID SOLUTIONS

Magnetization measurement of Mn1-xHoxS solid solutions in Н = 500 Ое field in the range of temperature 77 К < T < 300 K are carried out. Magnetization dependencies versus magnetic field for set of compounds are found. Inflection points of М(Н) at Т < 25 K and paramagnetic Neel temperature versus concentration are established.

© Аплеснин C. C., Еремин Е. В., Юзифович А. В., Лопатина М. А., 2010

УДК 539.21:537.86

С. С. Аплеснин, А. М. Харьков Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

Д. А. Балаев

Институт физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Красноярск

В. В. Соколов

Институт неорганической химии имени А. В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Новосибирск

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЯ 8шхМп1-х8 С ПЕРЕМЕННОЙ ВАЛЕНТНОСТЬЮ

Проведено исследование электрических свойств соединения 8шхМп1-х8 с переменной валентностью в интервале температур 90 К < Т < 400 К для составов х = 0,15; х = 0,2; х = 0,25. Обнаружен металлический тип проводимости с наибольшей величиной роста сопротивления в области температуры Т» 100 К.

Замещение катионов марганца редкоземельными элементами в сульфидах М^ может индуцировать ряд фазовых переходов, магнитных и электрических, а также переход «металл-диэлектрик». Редкоземельные ионы в зависимости от типа валентности Ке3+ или Яе2+ могут располагаться в валентной зоне или вблизи уровня Ферми, что определяет электронные свойства, влияющие на люминесценцию и проводимость соединений. Двухвалентный ион самария Sm2+ имеет изо-

электронную конфигурацию Еи3+ и энергию перехода Еи = 0,4 эВ из состояния - 4^(6И^ [1]. Ширина щели Еъ между валентной зоной и зоной проводимости в SmS немного меньше, чем в М^. Под действием давления сопротивление, объем и магнитная восприимчивость в SmS уменьшаются на порядок соответственно: объем на 13 % , восприимчивость на 60 % при Р = 6,5 кбар [2], что связывается с переходом иона самария из Sm3+ в двухвалентное состояние.

Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической отрасли

Сульфиды самария и марганца имеют кристаллическую решетку типа №С1 с постоянной решетки а = 5,965 А (8ш8) и а = 5,222 А (Мп8). При достижении критической величины давления Р = 6,5 кбар решетка 8ш8 резко сжимается и постоянная решетки достигает значения ар = 5,69А [1]. Можно ожидать, что при замещении катионов марганца ионами самария давление, оказываемое ближайшим окружением, приведет к аналогичному эффекту.

Изучение кристаллической структуры полученных образцов проведено при комнатной температуре в монохроматическом излучении СиКа на рентгеновской установке ДРОН-3.

Согласно результатам рентгеноструктурного анализа твердые растворы 8шхМп1-х8 имеют гранецен-трированную кубическую (ГЦК) решетку типа №С1, характерную для а-Мп8. Исходные соединения 8ш8 и Мп8 имеют полупроводниковый тип проводимости (рис. 1).

20-

Е

и

-2-

Е

€ -4-

О1

-30

Рис. 1. Зависимость сопротивления 8ш8 (1) и Мп8 (2) от обратной температуры для образцов

Можно ожидать, что при концентрации замещения х = 0,15 произойдет протекание по узлам для ионов самария и соответственно переход «металл-диэлектрик».

В твердом растворе 8шхМп1-х8 с х = 0,2 наблюдается максимум в температурном поведении сопротивления при Т = 100 К с уменьшением величины сопротивления практически на порядок при понижении температуры. При Т > 125 К сопротивление имеет ак-тивационный характер с энергией Еа = 0,12 эВ, найденной из зависимости 1пр = -0,9 + 1 250/Т. Для состава х = 0,25 наблюдается металлический тип проводимости (рис. 2).

45 -

*Е 30 -О

^ ■ 1 5 -

100 200 300 400

T,K

Рис. 2. Температурная зависимость удельного электросопротивления для SmxMn1-xS с составом x = 0,25

При малой концентрации ионов Sm осуществляется проводимость по примесям, величина которой зависит от степени компенсации полупроводника. Электроны перемещаются в случае проводимости по примесям от занятого донора к незанятому путем термически активированных перескоков с энергией активации Ea. Основная часть этой энергии возникает из-за разности в энергиях локальных спиновых порядков вблизи пустого и занятого примесных состояний.

В ферромагнитной области эта энергия активации исчезает, так как 4:1-спины упорядочиваются и проводимость становится или металлической, или обычной прыжковой проводимостью, определяемой локальными флуктуациями статического потенциала в решетке, обусловленными дефектами заряда.

Проводимость по примесям будет осуществляться как диффузионный процесс, и дрейфовая подвижность определится выражением u = u0exp(-Ea/kT), где u0 = ea2raph/ (kT); <aph - частота перескоков, равная частоте фононов, а - расстояние между донорами. Используя классическое приближение для проводимости с = enu = ne2haph/12hakT exp(-Ea/kT) и экспериментальные результаты, определим концентрацию n и энергию активации Ea. На рис. 3 приведены температурные зависимости проводимости для n = 0,1, Ea = 410 К (2), n = 0,01, Ea = 183 К (3). Таким образом, для Smo,25Mn0,75S наблюдается типичный металлический тип проводимости.

Библиографические ссылки

1. Suryanarayanan R., Smirnov I. A., Brun G., Shul'man S. G. //J. dePhys. 1976. 37. C4-271.

2. Kaneko T., Ohashi M., Abe S., Yoshida H. // Physica. 1977. 86-88B. 224.

2 4 6 8 10 12 1/T 105 K"1

S. S. Aplesnin, A. M. Kharkov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

D. A. Balaev

L. V. Kirensky Institute of Physics, Russian Academy of Science, Siberian Branch, Russia, Krasnoyarsk

V. V. Sokolov

Inorganic Chemistry University, Russian Academy of Science, Siberian Branch, Russia, Novosibirsk ELECTRICAL PROPERTIES OF SmxMn1-xS MIXED-VALENCE COMPOUNDS

A study of electrical properties of the SmxMn1-xS mixed-valence compounds in the range of temperature 90 К < T < 400 K for the compositions x = 0.15; x = 0.2, x = 0.25 is carried out. Metallic conductivity and maximum of resistance at the temperature T» 100K for x = 0.2 are found.

© Аплеснин С. С., Харьков А. М., Бадаев Д. А., Соколов В. В., 2010

УДК 669.713.7

C. C. Аплеснин, Л. В. Удод, И. А. Алдашов, М. Н. Ситников

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА Bi24(BiCo)O4o

Проведены измерения магнитных свойств твердых растворов Bi24(BiCo)O40 в интервале температур 77 К < T < 800 К в поле Н = 8 600 Ое. Обнаружен температурный гистерезис намагниченности в зависимости от предыстории.

Орбитальное упорядочение в системах с сильными электронными корреляциями является одним из необходимых компонентов появления новых физических свойств, таких как сверхпроводимость, магнитосо-противление, переход «металл-диэлектрик» и магнитные фазовые переходы. Понимание взаимодействий между спиновыми, зарядовыми, орбитальными и решеточными степенями свободы проясняют механизмы, стабилизирующие определенный тип упорядочения в системе.

Соединения переходных элементов с одним электроном или одной дыркой на её-уровне обнаруживают орбитальное упорядочение, например, ЬаМп03 [1] и КСиБз, в которых выявлен эффект колоссального магнитосопротивления и квазиодномерный антиферромагнитный порядок. Как правило, они обнаруживают кооперативный эффект Яна-Теллера и взаимодействие орбиталей через решетку пропорционально электрон-фононному взаимодействию g2/ю (ю - фо-нонная частота). Существует и другой класс соединений ЯУ03, содержащих У3+ [2], где также существует орбитальное упорядочение, которое не сопровождается кооперативным эффектом Яна-Теллера, а проявляется искажениями в упругой решетке, имеющей разные знаки коэффициентов теплового расширения по осям кристалла. Это связано с упорядочением электронов по ^-орбиталям и образованием орбитального магнитного момента. Так, в ЬаСо03 наблюдается переход «металл-диэлектрик» выше температуры 500 К, что объясняется нарушением ближнего орбитального порядка.

Цель данной работы состояла в исследовании влияния корреляции вырожденных состояний трехвалентного иона кобальта на магнитные и электрические свойства В^4(СоВ^040.

Кобальтит висмута был получен методом твердофазной реакции. Рентгеноструктурный анализ показал, что синтезированное вещество имеет химическую формулу В^4(СоВ^040, кубическую симметрию с пространственной группой 123 и параметром решетки а = 10,1917(1) А. Элементарная ячейка содержит одну формульную единицу. Два структурно неэквивалентных атома висмута, В1(1) и В^2), занимают позиции: атом В1(1) - 24/, В^2) - 2а.

Атомы кобальта находятся в частном положении -2а; атомы кислорода О(1) и О(3) - в позиции 8с, а атом О(2) - в 24/. Атомы висмута и кобальта находятся в тетраэдрическом окружении из атомов кислорода.

Электронная конфигурация иона Со3+ в тетраэдри-ческом окружении соответствует заполнению eg-орбиталей и два электрона находятся на ^-оболочке вблизи химпотенциала. В результате сильного куло-новского взаимодействия между электронами на ^-орбиталях возможно неравномерное заселение и dyZ-орбиталей, т. е. в предельном случае одна из ор-биталей останется незанятой. Выигрыш в потенциальной энергии электронов составит 0,5 эВ. Колебания электронной плотности между орбиталями индуцируют деформацию гибридизированных орбиталей и вызывают колебания ионов кислорода и соответствующие моды колебаний тетраэдра. Заселенность dxz- и dyX-орбиталей индуцирует орбитальный магнитный момент = заполнение dyz- и dyх-орбиталей дает = и результирующий момент равен нулю (при заселенных dyz- и dyх-орбиталях). Взаимодействие орбиталей с определенными модами колебаний тетраэдра формирует вибронные моды с волной спиновой плотности.