Диссертация (1145326), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Для образцов, полученных в режиме ZFC, при температуре 77 Kнаблюдалось повышение сопротивления с увеличением H и максимум при H = 200 Oe.Данное повышение сопротивления объяснялось тем, что магнитное поле изменяет ориентацию спинов частиц, находящихся на краю областей, где взаимодействие, ориентирующееих, слабее. Это приводит к разрушению ферромагнитного порядка на краю областей, что45Рис. 1.10: (a) Интенсивность рассеянных нейтронов в зависимости от волнового вектора qдля ZFC образцов пленки Co41 (SiO2 )59 при разных температурах. Вставка – 2D-проекциянейтронного рассеяния для Co41 (SiO2 )59 при 15 K.
(b) ZFC магнитное состояние [90].делает спиновую ориентацию частиц на краю более хаотической. Дальнейшее повышениемагнитного поля приводило к ориентированию спинов всех частиц по полю и к уменьшению сопротивления. Гранулированные пленки с более низким содержанием Co (32 vol.%)не обнаруживали существования магнитных корреляций и после процедуры ZFC переходили в спин-стекольное состояние с существованием фрустраций.Влияние матрицы и локализованных состояний в ней на магнитосопротивление в гранулированных структурах является вопросом, который в настоящее время в полной мере не решен.
Локализованные состояния в изолирующей матрице оказывают достаточносильное влияние на спин-поляризационный электронный транспорт. Хотя проводимостьпри туннелировании между ферромагнитными металлами увеличивается с ростом количества примесей в изолирующей прослойке, туннельное магнитосопротивление при этомснижается вплоть до 4% [316,317]. Резкому падению магнитосопротивления способствуютмножество резонансных состояний на примесях, которые приводят к уменьшению поляризации туннелирующих электронов, и случайность расположения примесей, на которыхрассеиваются электроны. Вместе с тем отмечается, что магнитосопротивление туннельных контактов в присутствии парамагнитных примесей может быть больше, чем в той жеструктуре без примесей [318].Для выяснения вопроса о том как влияют локализованные состояния и от каких пара-46Рис.
1.11: ZFC сопротивление при 77 K. Точка A определяет начальное сопротивлениепосле ZFC процедуры. С ростом поля сопротивление растет, достигает максимума и далееуменьшается. После увеличения магнитного поля и его дальнейшего уменьшения ZFCсопротивление становится большим, чем в точке A (точка B) [90].метров зависит магнитосопротивление, были произведены исследования в гранулированных структурах с матрицей, не имеющей дефектов и связанных с ними локализованныхсостояний. Магнитосопротивление изучалось в структурах, состоящих из матриц Kr иXe и содержащих наночастицы Co, в температурном диапазоне 4 - 40 K [319].
Использование матрицы, образованной благородными газами, позволяет исключить химическоевзаимодействие между матрицей и наночастицей (окисление поверхности), приводящейк изменению MR. Кроме того, в матрицах благородных газов отсутствуют парамагнитные атомы, благодаря чему туннелирование электронов осуществляется непосредственномежду наночастицами, в то время как в матрицах аморфных окислов туннелированиеимеет неупругий резонансный характер и осуществляется через цепочку локализованныхэлектронных состояний дефектов и примесей аморфной структуры. При исследованииMR использовались пленки Kr(Co) и Xe(Co) толщиной 50 nm, содержащих частицы Coразного размера (от 4.2 до 5.2 nm) и имеющих разное содержание металлической фазы.Измерения проводились в поле 12 kOe.
Найдено, что температурные зависимости MR,имеющей отрицательные значения, не зависят от состава матрицы (Kr, Xe) и от объемнойконцентрации частиц Co (Рис. 1.12). В то же время абсолютные значения MR больше дляпленок, содержащих большие частицы Co (5.2 nm), по сравнению с MR для структур с малыми частицами (4.2 nm) (Рис. 1.13). При T → 0 кривые MR стремятся к единому пределу.Обнаруженные экспериментальные зависимости можно объяснить тем, что магнитосопротивление определяется относительной разориентацией спинов соседних ферромагнитныхчастиц. При этом средняя намагниченность выражается через функцию Ланжевена. Приодной и той же температуре и приложенном магнитном поле спины частиц большего размера и, следовательно, с большим магнитным моментом в структуре, находящейся в суперпарамагнитном состоянии, являются более упорядоченными.47Рис.
1.12: (a). Зависимость сопротивления от температуры для пяти образцов со среднимразмером частиц Co 4.5 nm. Прямые линии показывают зависимость ρ ∝ exp(T0 /T )1/2 . (b)Значения туннельного магнитосопротивления TMR для образцов, показанных на рис.(a),в зависимости от температуры [319].48Рис. 1.13: Температурная зависимость величины TMR при разных размерах частицCo [319].В гранулированных структурах с аморфной матрицей спин-зависимый электронныйтранспорт определяется неупругим резонансным туннелированием через цепочку локализованных электронных состояний между гранулами. Такой вид туннелирования даетхарактерные зависимости MR от температуры и концентрации наночастиц. В [87] исследовано MR на гранулированных структурах SiO2 с наночастицами сплава (Co,Nb,Ta). Экспериментальные исследования MR проводились при температурах 77 и 295 K в диапазонемагнитных полей 0 - 25 kOe.
Получены зависимости MR, которые имели отрицательныезначения, от концентрации гранул, температуры и величины магнитного поля. Найдено, что присутствие слаборасщепленных локализованных состояний в туннельном каналеприводит к наблюдаемому отсутствию насыщения MR в сильных магнитных полях. Одновременное понижение коэффициента s-s-туннелирования и рост вероятности неупругогорассеяния спина электрона при увеличении длины межчастичной цепочки локализованных состояний, по которой туннелирует электрон, формируют характерные температурноконцентрационные зависимости магнитосопротивления – наибольшая величина MR будетнаблюдаться в области ниже порога перколяции. При понижении температуры эта областьсдвигается в сторону меньших концентраций металлических гранул. Найдено, что наличиеслаборасщепленных локализованных состояний в канале туннельной проводимости междуферромагнитными металлическими гранулами приводит к отсутствию насыщения магнитосопротивления в сильных магнитных полях в гранулированных структурах с малымиконцентрациями гранул.Отсутствие насыщения магнитосопротивления также наблюдалось в [302], где исследовалось магнитосопротивление в гранулированных пленках SiO2 (Fe) с концентрацией же49леза, равной 60 at.%.
Диаметр гранул Fe составлял 2 - 20 nm. Изменения сопротивленияизмерялись в диапазоне магнитных полей 0 - 20 T при температурах 4.2 и 254 K. Отсуствие насыщения магнитосопротивления проявлялось в том, что в сильных магнитныхполях наблюдалась логарифмическая функция сопротивления от поля.
По мнению автора,этот эффект связан широким разбросом форм несферических гранул – от сильновытянутых до сплющенных. В [303] рассматривалась релаксация намагниченности и туннельногомагнитосопротивления гранулированных структур в рамках стекольной модели.Наибольшая величина магнитосопротивления была получена на гранулированных пленках MgFx (Fe0.51 Co0.49 ) с 32 vol.% концентрацией наночастиц сплава Fe0.51 Co0.49 [320]. Величина MR, которая была отрицательной, достигала значений 13.3 % при комнатной температуре в поле 10 kOe. Для увеличения магнитной чувствительности была использована GIG-геометрия (granular-in-gap), заключавшаяся в том, что гранулированная пленкаMgFx (Fe0.51 Co0.49 ) толщиной 0.5 µm была нанесена на пленку пермалллоя Fe66 Ni34 толщиной 1.5 µm с зазором 3 - 5 µm. Такая конструкция позволила получить магниточувствительный элемент с величиной MR = 4 % в диапазоне полей [-2, 2 Oe].Положительное магнитосопротивление при малых напряженностях электрического поляЯвление положительного магнитосопротивления в гранулированных структурах с изолированными металлическими ферромагнитными наночастицами было открыто значительно позднее отрицательного магнитосопротивления.
На сегодняшний день можно считать, что существует несколько типов положительного магнитосопротивления.В [88, 321] исследовалось положительное MR на гранулированных пленках SiO2 (Fe).Толщина пленок составляла 500 nm. Содержание Fe изменялось от 34 до 64 vol.%. Частицы железа имели размер меньше 5 nm. При комнатной температуре образцы являлись суперпарамагнитными. Ниже порога перколяции для образцов с содержанием Fe 30 50 vol.% в полях до H = 10 kOe наблюдалось отрицательное MR порядка 1 %. В полях H >10 kOe появляется изотропное положительное MR (Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
