CC BY
28
УДК 539.21:537.86
МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЙ ЭФФЕКТ В YbxMni_xS (x = 0,05, 0,1)
А. М. Харьков
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Приведены результаты измерений удельного электросопротивления без поля и в магнитном поле 0,8 Тл в интервале температур 100 К < T < 450 К для состава YbxMn1-_xS с х = 0,05, 0,1. Для состава с x = 0,05 магниторезистивный эффект составляет 900 % в области комнатной температуры.
Ключевые слова: электрическое сопротивление, магниторезистивный эффект.
MAGNETORESISTIVE EFFECT IN YbxMn1-xS (x = 0,05, 0,1)
A. M. Kharkov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The paper presents the results of measurements electrical resistivity without a field and a magnetic field of 0,8 T in the temperature range 100 K < T < 450 K for composition YbxMn1-xS with x = 0,05, 0,1, For the composition with x = 0,05 magnetoresistive effect is 900 % at room temperature.
Keywords: electrical resistivity, magnetoresistive effect.
Материалы на основе твердых растворов YbxMn1-xS, в перспективе могут использоваться в качестве сенсоров, датчиков, устройств записи-считывания информации.
Взаимосвязь магнитных и электрических свойств является важным фактором для создания электронных устройств, действующих на новых принципах и открывающих новые направления, такие как спинтроника и новые материалы мультиферроики [1].
Взаимодействие электронов с упругой решеткой может также проявиться в резистивных свойствах данных полупроводников. Сильный магниторезистивный эффект обнаружен в окрестности орбитального упорядочения в двухорбитальной модели Хаббарда с 1/4 заполнения электронов на узле [2]. Сопротивление обнаруживает небольшой максимум в области формирования орбитального упорядочения, электронная плотность состояний на уровне Ферми расщепляется в магнитном поле, что приводит к росту сопротивления в парамагнитной фазе.
Цель данной работы определить оптимальные условия возникновения магниторезистивного эффекта по температуре и по концентрации.
Для решения данной цели были проведены измерения температурных зависимостей сопротивления и установлена корреляция с упругой системой из температурных зависимостей коэффициента теплового расширения решетки.
Для оценки вклада крупномасштабных флуктуаций заряда и магнитного момента проведены были измерения проводимости на постоянном токе в магнитном поле и сделан сравнительный анализ.
В твердом растворе YbxMni_xS сопротивление увеличивается в магнитном поле Н = 0,8 Тл в интервале 150 К < T < 450 К и относительное изменение удельного электросопротивления достигает максимума при Т = 329 К. В области комнатных температур имеем гигантский положительный магниторезистивный эффект с изменением величины сопротивления на порядок (рис. 1, а). Величина энергии активации не меняется в интервале 150 К - 300 К, а предэкспоненциальный множитель в зависимости сопротивления от температуры уменьшается в десять раз в магнитном поле.
Секция «Инновационные и здоровьесберегающие технологии в современном образовании»
В УЬхМп1_х8 с х = 0,1 уменьшается энергия активации носителей тока в магнитном поле и маг-ниторезистивный коэффициент меняет знак с отрицательного на положительный при Т = 260 К (рис. 1, б). Максимум величины (р (Н) - р (0)) / р(0 р (Т, Н)) наблюдается при Т = 360 К и магниторе-зистивный эффект исчезает асимптотически при Т = 500 К.
100
200
300
400
100
200
300
т, к
400
500
100
200
300
т, к
400
500 1,5
500
а
б
Рис. 1. Относительное изменение удельного электросопротивления от температуры для образцов УЬхМп1-х8 с х = 0,05 (а) и с х = 0,1 (б)
В твердых растворах УЬхМп1-х8 с х = 0,05 магнитоемкость положительна на всем исследуемом интервале температур, а для х = 0,1 магнитосопротивление меняет знак с отрицательного на положительный при нагревании и исчезает в окрестности температуры 450 К. Зависимость сопротивления от температуры имеет активационный вид и качественно отличается от температурного поведения сопротивления на переменном токе [3].
Взаимодействие электронов через упругую систему (решетку) может привести к изменению упругих характеристик как статических, так и динамических. Для этого исследуем коэффициент теплового расширения решетки от температуры.
Измерения коэффициента теплового расширения проведены на дилатометре Б1Ь-402С фирмы в температурном диапазоне 200 К - 750 К в динамическом режиме со скоростью нагрева 5 К / мин. Для калибровки и учета теплового расширения измерительной системы использовались эталоны из плавленого кварца и корунда. Результаты исследований деформации (АЬ / Ь) и коэффициента теплового расширения (а (Т)) для образцов УЬхМп1-х8 (х = 0,05, 0,1) представлены на рис. 2.
200 300 400 500 600
т, к
Рис. 2. Температурная зависимость коэффициента теплового расширения решетки УЬхМп1-х8 для составов с х = 0,05 (1), х = 0,1 (2)
При нагревании коэффициент теплового расширения уменьшается и имеет минимум при температуре Т = 275 К и резкий скачок в а (Т) для состава с х = 0,1. При этой температуре диэлектрическая проницаемость и магнитоемкость имеют максимальные значения, а магниторезистивный эффект
меняет знак с отрицательного на положительный. Выше Т > 480 К уменьшается наклон в температурной зависимости а (Т) (da / dT = 0 при Т = 480 К) и исчезает магнитосопротивление. Рост коэффициента теплового расширения с температурой, возможно, вызван ангорманизмом колебаний решетки в результате электрон-фононного взаимодействия, индуцирующего асимметрию кристаллического поля на ионе. Сопротивление выше температуры 500 К резко уменьшается практически на порядок.
Таким образом, обнаружен магниторезистивный эффект для YbxMn1-xS с х = 0,05 и x = 0,1 при температурах выше комнатной, причем для х = 0,05 магнитоемкость меняет знак в окрестности 200 К. Найдено уменьшение энергии активации перехода электронов с примесного уровня в зону проводимости и подвижности носителей заряда в магнитном поле. Для состава с x = 0,05 магниторезистивный эффект составляет 900 % в области комнатной температуры. Установлена смена знака магнитосопротивления с отрицательного на положительный при нагревании в области состава для x = 0,1. Определена критическая температура, выше которой исчезает магнитосопротивление. Магниторезистивный эффект объясняются в модели орбитального упорядочения электронов. Смена знака магнитосопротивления по температуре объясняется образованием магнитного и орбитального упорядочения при разных температурах.
Библиографические ссылки
1. Пятаков А. П., Звездин А. К. Магнитоэлектрические материалы и мультиферроики // УФН. Т.182,№ 6. С. 593-620.
2. Khomskii D. Classifying multiferroics: Mechanisms and effects // Physics, 20 (2009) DOI: 10.1103 / Physics.2.20.
3. Аплеснин С. С., Харьков А. М., Кретинин В. В. Смена знака магнитосопротивления в твердых растворах YbxMni-xS // Решетневские чтения : материалы XVII Междунар. науч. конф., посвящ. памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М. Ф. Решетнева, Красноярск, 2013. С.457-458.
© Харьков А. М., 2015
