Магнитосопротивление в La0,78Ca0,22MnO3 Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 537.311.31

М.А. Анисимов1, В.В. Глушков2, С.В. Демишев2, Р. В. Привезенцев3, Я.М. Муковский3,

Н.Е. Случанко2

1 Московский физико-технический институт (государственный университет)

2 Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН 3 Московский институт стали и сплавов (национальный исследовательский технологический

университет)

Магнитосопротивление в Ca0?22MnO3

В работе выполнено исследование поперечного магнитосопротивления монокристалличе-ских образцов Lao,78Cao,22MnOз в области температур 60 К < Т < 300 К в магнитных полях до 80 кЭ. Установлено, что отрицательное магнитосопротивление (ОМС) может быть интерпретировано в рамках модели Иосиды, описывающей рассеяние носителей заряда на локализованных магнитных моментах. В рамках указанного подхода в работе выполнена оценка локальной восприимчивости Х1ос •

Ключевые слова: колоссальное магнитосопротивление, манганиты, модель Иосиды, локальная магнитная восприимчивость.

I. Введение

Интерес к исследованию легированных манга-нитов лантана La1-xAxМпОз, (A — двухвалентный элемент A = Ca, Ba, Sr и др.) связан с эффектом колоссального магнитосопротивления (КМС), проявляющегося в резком уменьшении сопротивления этих соединений при приложении внешнего магнитного поля. Максимальная амплитуда эффекта КМС обычно наблюдается в непосредственной окрестности перехода в ферромагнитное (ФМ) состояние, при этом высокие значения температуры Кюри Тс ~ 250 К-450 К открывают широкие перспективы их технологического применения. Следует особо отметить, что физические свойства манганитов лантана оказываются крайне чувствительны к концентрации двухвалентной примеси [1]. В частности, легирование кальцием антиферромагнитного (АФМ) диэлектрика LaMnO3 приводит к формированию основного ферромагнитного диэлектрического состояния для x > 0,13, а затем к переходу в ФМ металлическую фазу при концентрации x ^ 0,22 [1]. В составах x ~ 0,3 наблюдается максимальная амплитуда эффекта КМС, причём дальнейший рост концентрации кальция x ^ 0,5 возвращает систему в АФМ диэлектрическое состояние с другой магнитной структурой (рис. 1).

II. Методика эксперимента

Традиционно синтез монокристаллических образцов Lai-xCaxMnO3 осложняется из-за их крайней чувствительности к наличию различных примесей, включений посторонних фаз, а также достаточно высокой температурой плавления Т ~ 1800-1900 ° C. Исследуемые в

данной работе монокристаллические образцы

Lao,78Сао,22Мп03 выращивались методом бести-гельной зонной плавки с радиационным нагревом, который исключает загрязнение кристаллов материалом тигля [2]. Контроль качества образцов осуществлялся методом рентгеноструктурного анализа.

х (С а)

Рис. 1. Фазовая х — Т -диаграмма манганитов La1-xСахМп03 [1]. Линиями обозначены границы фазовых переходов. На рис. приведены следующие обозначения: СРА — скошенный АФМ, И — ФМ-диэлектрик, РМ — ФМ-металл, СО — зарядовое упорядочение

Измерения удельного сопротивления р(Т) проводились на установке для гальваномагнит-ных характеристик [3], позволившей достичь высокой точности стабилизации температуры (АТ ~ 0,01 К-0,02 К) и магнитного поля (около АИ/И ~ 10_5 при 80 кЭ).

III. Результаты и дискуссия

Для выяснения природы аномальных физических свойств легированного манганита лантана в окрестности концентрационного перехода металл-диэлектрик в работе выполнено исследование магнитосопротивления монокристалла Ьао,78Сао,22МпОз в области температур 60 К ^ Т < 300 К в магнитных полях до 80 кЭ.

Установлено, что максимальный эффект КМС наблюдается в окрестности температуры Кюри Тс = 183,3 К и достигает значений

Ар/р = [р(И) — р(0)] /р(0) ~ 80% (рис. 2). В ФМ-фазе при Т < Тс впервые обнаружено сложное поведение магнитосопротивления, характеризуемое переходом от положительного (Ар/р > 0 при И < 20 кЭ) к отрицательному магниторезистивному эффекту (Ар/р < 0) в больших полях (рис. 2). Кроме того, оказалось, что в ФМ-фазе магнитосопротивление анизотропно и зависит от ориентации магнитного поля относительно легкой (И\\Ь, Ар/рш1п) и трудной (И||с, Ар/ртах) осей намагничивания (рис. 2). Указанный эффект наблюдается и в парамагнитной (ПМ) фазе, при этом анизотропия магнитосопротивления практически полностью исчезает при Т > 230 К.

0 20 40 60 80 0 20 40 60 80

Н, кЭ

Рис. 2. Полевые зависимости поперечного магнитосопротивления Ьао,78Сао,22МпОз в ФМ- (а) и ПМ- (б) фазах для ориентации магнитного поля вдоль трудной (Н||с) и легкой (Н||Ь) осей намагничивания

Эффект КМС, наблюдаемый в манганитах, принято связывать с рассеянием носителей на магнитных поляронах (ферронах), формирующихся на магнитных моментах локализованных ионов

марганца [4]. Поэтому в данной работе для описания кривых отрицательного магнитосопротивле-ния (ОМС) использован феноменологический подход, основанный на модели К. Иосиды [5], описывающей рассеяние носителей заряда на локализованных магнитных примесях с учётом в - й обмена. В рамках модели Иосиды отрицательное магни-тосопротивление (ОМС) оказывается пропорциональным квадрату намагниченности локализованных магнитных моментов:

— Ар/р ~ М1ос ~ Х^оеИ (1)

или с учётом определения намагниченности произведению квадратов локальной восприимчивости Х1ос и магнитного поля (1).

Выполненная в работе процедура численного дифференцирования полевых зависимостей маг-нитосопротивления позволила выделить линейный участок на кривых й (Ар/р) /йИ в ФМ- и ПМ-состояниях. На рис. 3 в качестве примера представлены данные для ориентации магнитного поля вдоль трудной оси (И\\с).

сі (А р /р ) / СІН , %

Н, кЭ

Рис. 3. Полевые зависимости производной поперечного магнитосопротивления для магнитного поля вдоль трудной оси. Сплошными линиями выполнена линейная аппроксимация вида А + ВН. Для удобства восприятия оси магнитного поля приведены в логарифмическом масштабе

В рамках модели Иосиды из полученных данных выполнена оценка величины локальной магнитной восприимчивости:

. / 1 4Ар{Н,То)/р)

Л1оЛЯ,Го)-у------------ш-------.

Оказалось, что в ПМ-фазе Х1ос подчиняется закону Кюри-Вейсса с парамагнитной температурой Кюри ©с ~ 182 К (рис. 4). При этом в ФМ-фазе при Т < Тс Х1ос заметно зависит от направления магнитного поля. Наличие анизотропии локальной восприимчивости в ФМ-фазе следует из анизотропии магнитосопротивления, которая в свою

очередь, на наш взгляд, определяется эффектами магнитного рассеяния носителей заряда на локализованных магнитных моментах.

т, К

Рис. 4. Температурные зависимости локальной восприимчивости для легкой и трудной оси в кюри-вейс-совских координатах ХЇоС(Г). Сплошная линия соответствует аппроксимации законом Кюри-Вейсса с температурой Кюри 0с ~ 182 К

IV. Заключение

В работе выполнено исследование магни-тосопротивления для монокристаллического Lao,78Cao,22MnO3. В рамках феноменологического подхода, основанного на применении модели Иосиды, проведён анализ данных OMC и оценена величина локальной восприимчивости. Обнаружено, что xioc подчиняется закону Кюри-Вейсса с температурой Кюри 0c ~ 182 К.

Работа выполнена в рамках проекта РФФИ 05-08-33463.

Литература

1. Coey J.M.D., Viret M. [et al.]. Mixed-valence manganites || Adv. Phys. — 1999. — V. 48. — P. 169.

2. Муковский Я.М. Получение и свойства материалов с колоссальным магнитосопротивлением || Росс. хим. ж. — 2001. — Вып. 5-6. — C. 1.

3. Sluchanko N.E., Bogach A.V. [et al.]. Genesis of the anomalous Hall effect in CeAl2// JETP. — 2004. — V. 98. — P. 793.

4. Каган М.Ю., Кугель К.И. Неоднородные зарядовые состояния и фазовое расслоение в манга-нитах || УФН. — 2001. — Вып. 171. — C. 577.

5. Yoshida K. Magnetic properties of Cu-Al alloys || Phys. Rev. — 1957. — V. 106. — P. 893.

Поступила в редакцию 29.12.2008.