Взаимосвязь магнитных, электрических и упругих свойств в манганитах и халькопиритах, страница 2

Seeheim, Gemany 2007; MoscowInternational Symposium on Magnetism (MISM 2008), Moscow, Russia 2008; InternationalConference on Superconductivity and Magnetism (ICSM-2008), Antalya, Turkey 2008;European Congress on Advanced Materials and Processes (EUROMAT 2009), Glasgow,United Kingdom, 2009; IV Euro-Asian Symposium "Trends in MAGnetism" (EASTMAG2010) Ekaterinburg, Russia 2010.Публикации.

По результатам диссертации опубликовано 39 работ (10 статей врецензируемых журналах, 6 статей в сборниках трудов конференций и 23 тезисовконференций). В журналах из списка ВАК опубликовано 6 статей. Списокпубликаций приведён в конце автореферата.Личный вклад автора состоит в постановке задачи и проведенииэкспериментальных исследований магнитных, магнитоупругих, электрических имагнитоэлектрических свойств образцов, представленных в работе; проведениетеоретических расчетов, обсуждение и интерпретации результатов эксперимента.Написание диссертации.Работа проводилась в тесном сотрудничестве с соавторами, которые невозражают против использования в диссертации совместно полученных результатов.Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав,выводов, списка публикаций и списка цитируемой литературы. Объём составляет 129страниц машинописного текста, включая 59 рисунков и 5 таблиц.

Списокцитированной литературы состоит из 105 наименований.5КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИВо введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации,сформулирована цель работы, отмечена научная новизна, научная и практическаязначимость, приведены защищаемые положения и структура диссертации.Первая глава диссертации посвящена краткому литературному обзору, вкотором обсуждается основные проблемы и направления развития спинтроники.Описаны кристаллические структуры халькопиритов ZnSiAs2:Mn, ZnGeAs2:Mn иCdGeAs2:Mn и электрические свойства нелегированных полупроводников.Рассмотрены магнитные и кристаллографические свойства перовскитов Re1-xAxMnO3,для исследуемых в работе систем La1-xSrxMnO3, La1-xCaxMnO3, и Sm1-xSrxMnO3приведены фазовые диаграммы.

Кратко изложена теория магнитнодвухфазногосостояния для манганитов, которая описана в работах Э.Л. Нагаева [1]. Описанысвойства манганитов с нестехиометрией по кислороду. Рассмотрена природамагнитокалорического эффекта в районе фазового перехода, магнитное охлаждениена основе МКЭ и особенности МКЭ в манганитах.Вторая глава посвящена методикам измерений, используемых в настоящейработе, приведены описания установок: для исследования парамагнитнойвосприимчивости весовым методом, для исследования намагниченности с помощьювибрационного магнетометра, для исследования удельного электросопротивления имагнитосопротивления стандартным четырехзондовым методом, для исследованиятеплового расширения и магнитострикции методом тензометрических датчиков иустановки для исследования МКЭ прямым методом.

Кратко описаны методыполучения исследуемых в работе образцов. Все они являются однофазными, поданным РФА и рентгенофлуоресцентного анализа.В третьей главе описываются магнитные и электрические свойства новыхматериалов спинтроники ZnSiAs2 с процентным содержанием марганца 1 %, 2 %, 2.5% и 3 % по массе; ZnGeAs2 – 1.5 %, 3 %, 3.5 %; CdGeAs2:Mn – 1.67 %, 3 % и 3.4 %.На рис. 1а показана температурная зависимость намагниченности М(Т) составаZnGeAs2 с 3.5 мас.

% Mn в магнитном поле Н = 50 кЭ. Как видно из этого рисунка,кривая М(Т) при Т > 60 К характерна для ферромагнетика. Однако, при Т < 60 Кнаблюдается резкое возрастание намагниченности с понижением температуры,которое может быть интерпретировано как дополнительный вклад отсуперпарамагнитной или парамагнитной фазы. На вставке к рис.1a показаназависимость М(Т) в слабом магнитном поле 600 Э. Видно резкое различие кривыхМ(Т), измеренных в сильном (50 кЭ) и слабом (0.6 Э) полях. В слабом поле припонижении температуры ниже TS = 86 K наблюдается резкое падениенамагниченности, при этом величина М уменьшается в 4.5 раза.

При Tk ~ 10 K этопадение прекращается и в районе Tk существует разница между намагниченностямиобразца, охлажденного от Т > TC в этом слабом магнитном поле (FC кривая) иохлажденном без поля (ZFC кривая). На FC кривой виден подъем при дальнейшемпонижении температуры.62,54H=11 кЭ1,0M, ед. СГСМ/г210H = 600 ЭTk0,6TS0,4ZFCFC0,20,09862,00,8M, ед.

СГСМ/гM, ед. СГСМ/гaH = 50 кЭ305010015020025030031,5ZFCTSб1,0350T, K050100150200250300350400T, K020 40 60 80 100 120T, KРисунок 1. Температурная зависимость намагниченности М состава ZnGeAs2 с 3.5мас. % Mn, измеренная в магнитном поле 50 кЭ и в поле 0.6 кЭ (вставка). ZFC-кривая:образец охлаждался в отсутствии магнитного поля от температуры 400 К до 5 К изатем при нагревании измерялась его намагниченность. FC-кривая: образецохлаждался в магнитном поле 0.6 кЭ от 400 К до 5 К, при этом измерялась егонамагниченность (а).

Температурная зависимость намагниченности М для того жесостава, измеренная в разных магнитных полях в температурном интервале от 5 К до100 К. Каждая кривая измерялась после охлаждении образца от 350 до 5 К вотсутствии магнитного поля. (б).На рис.

1б приведены кривые М(Т) в области температур, включающей TS,измеренные в магнитных полях 3, 6, 8, 9 и 11 кЭ. Видно, что с увеличением Нпадение намагниченности при Т = TS становится менее резким и при 11 кЭ пропадает,а сама величина TS смещается к более низким температурам. Так, при увеличенииполя от 600 Э до 9 кЭ величина TS уменьшается от 86 К до 49 К. В то же времяподъем на кривых М(Т) при Т < Tk проявляется все сильнее с ростом Н.

Наблюдалосьтакже смещение петли гистерезиса образца, охлажденного в слабом поле до 5 К, пооси Н. Кривые М(Т) не насыщаются вплоть до максимальных полей измерения 50 кЭ.Подобное поведение намагниченности наблюдалось у других исследованныхсоставов этой системы, при этом описанные выше особенности становились менеевыраженными с уменьшением содержания марганца.Изучены температурные зависимости удельного электросопротивления ρ,нормального коэффициента Холла RН и подвижности μ составов с 1.5 мас. % и 3.5мас. % Mn, наблюдалась линейная зависимость электрического поля Холларассматриваемых образцов от магнитного поля, что указывает на отсутствиеаномального эффекта Холла.

Это позволило рассчитать из постоянной Холла RHконцентрацию носителей заряда (дырок) р и холловскую подвижность дырок μH,используя соотношение μH = RH/ρ. Измерения удельной электропроводности иэффекта Холла показали, что эти составы обладают дырочным типом проводимости,концентрацией дырок р ~1019 ~ 1020 cм-3 и подвижностью μ от 0.25 cм2В-1с-1 до 2.57cм2В-1с-1. У состава с 1.5 мас. % Mn зависимость ρ(Т) имеет полупроводниковыйхарактер, однако зависимость р(Т) – металлический, при этом величина р меняетсяочень мало: от 6.4 × 1019 cм-3 при Т = 50 К до 5.2 × 1019 cм-3 при 300 К.

Подвижностьвозрастает быстрее: от 1.25 cм2В-1с-1 при 20 К до 2.6 cм2В-1с-1 при 300 К. У состава с3.5 мас. % Mn зависимость ρ(Т) имеет минимум при T ~ 30 K и подвижностьвозрастает на порядок в области 10 ≤ Т ≤ 300 К, тогда как р изменяется от 2.5 × 1020cм-3 при 50 К до 8 × 1019 cм-3 при 300 К. Магнитосопротивление мало: оно непревышает 4 % при Н = 8 кЭ.Описанное выше поведение намагниченности системы ZnGeAs2:Mn указывает нато, что при T = TS происходит переход от состояния со спонтанной намагниченностьюк состоянию спинового стекла (CC), т.е. наблюдается возвратное к состояниюспинового стекла поведение.

Наблюдается резкое падение намагниченности при T =TS, при этом температура TS резко падает с увеличением магнитного поля; при T < TSимеется разница между намагниченностями образца, охлажденного в слабоммагнитном поле от Т > TC и без поля, а также смещение петли гистерезисанамагниченности образца, охлажденного в поле по оси Н; переход при T = TSподавляется небольшим магнитным полем 11 кЭ. Кроме того, рост намагниченностис понижением температуры при низких температурах происходит и в том случае,когда переход от состояния со спонтанной намагниченностью к состоянию спиновогостекла уже полностью подавлен магнитным полем, как хорошо видно из рис.