Диссертация (1145326), страница 13
Текст из файла (страница 13)
1.14). При этом эффекты положительного и отрицательного MR сосуществуют: в первый момент времени наблюдаетсяотрицательное изменение сопротивления, которое затем сменяется медленным положительным ростом сопротивления. Установление стационарного значения положительногоMR происходит за несколько минут. Кроме этого, было обнаружено, что, если в образценаблюдалось положительное MR в полях H > 10 kOe, то после выдержки образца в сильном поле в таком образце появляется большое положительное MR (до 10 %) и в слабыхмагнитных полях величиной до H = 100 Oe.
Время отклика положительного MR в слабых полях на ступенчатое изменение магнитного поля составляет около 2 min (Рис. 1.15).Насыщение положительного MR достигается в полях H ≈ 100 Oe. После обработки в50Рис. 1.14: Полевые зависимости магнитосопротивления образцов с различным объемнымсодержанием железа x при T = 300K [321].сильном поле положительное MR в слабых полях наблюдается в течении нескольких суток (∼ 3 суток), после чего исчезает. Чтобы эффект положительного MR в слабых поляхпоявился снова, необходимо опять подвергнуть образец воздействию сильного поля H >10 kOe.
В диапазоне [-100, 100 Oe] было обнаружено ступенчатое изменение и гистерезис положительного MR. Максимальное положительное MR в слабых полях наблюдалось для образцов с 45 vol.% Fe. Для объяснения эффекта положительного MR авторыпредположили, что в сильном магнитном поле происходит образование ферромагнитныхкластеров. Доля частиц в ферромагнитных областях по сравнению с суперпарамагнитными областями достаточно мала (< 10 %).
Образование доменов позволяет объяснитьнекоторые особенности положительного MR в слабых полях. За эффект положительного MR в слабых полях ответственна ориентация магнитных моментов ферромагнитныхдоменов-кластеров. Скачки проводимости аналогичны скачкам Баркгаузена и связаны сперестройкой магнитных моментов доменов.В[322]исследовалосьмагнитосопротивлениевгранулированныхструктурахAl2 O3 (Co41 Fe39 B20 ) с различным содержанием наночастиц сплава Co41 Fe39 B20 . Толщинапленок составляла 10 µm. Средний размер гранул равнялся 2 - 5 nm.
Измерения MRпроводились при T = 4.2 K в полях до 140 kOe. Магнитное поле прикладывалось перпендикулярно плоскости пленки. Для образцов вблизи порога перколяции (x = 41 at.%) сдиэлектрической стороны перехода металл - диэлектрик наблюдалось отрицательное MR.Положительное MR обнаруживалось на образцах с меньшими концентрациями наночастиц (x = 31 at.%). Оно достигало величины 7 - 8 % в магнитных полях, соответствующих51Рис.
1.15: Зависимость сопротивления от времени после включения (t = 1 min) и выключения (t = 7 min) магнитного поля от H = 0 до 100 Oe [321].насыщению (Рис. 1.16). При дальнейшем росте поля сопротивление немного уменьшалось. Эффект положительного MR отсутствовал, когда магнитное поле было приложенов плоскости пленки вдоль направления тока. Эффект пропадал при повышении температуры.
Авторами высказано предположение о магнитострикционной природе положительногоMR. Согласно этому механизму происходит удлинение гранул по полю, что сопровождается увеличением зазора между ними в поперечном направлении, т.е. в направлении тока.Однако, магнитострикционный механизм должен давать уменьшение зазора между гранулами в продольном направлении и приводить к большому эффекту отрицательного MRв случае, если магнитное поле направлено вдоль тока. Этот эффект не наблюдается, чтоставит под сомнение объяснение природы положительного MR с помощью магнитострикционного механизма.В [323] исследовалось магнитосопротивление в гранулированных пленках Cr2 O3 (Co).Наночастицы Co имели средний размер 5 nm и их содержание в образцах варьировалосьот 15 до 55 vol.%.
Ниже порога перколяции MR имело отрицательные значения. (Авторыиспользуют определение MR с другим знаком. Здесь и далее мы будем использовать общепринятое определение.) С понижением концентрации Co от 55 vol.% абсолютная величинаMR увеличивается, достигает максимума 5.1 % при 35 vol.% и затем уменьшается.
Принекоторой концентрации Co MR меняет знак и становится положительным. На образцахс 15 vol.% положительное MR достигает значения 3.5 %. Измерения были проведены вкасательном магнитном поле в диапазоне от 0 до 12 kOe при комнатной температуре.Еще один тип положительного магнитосопротивления наблюдался на гранулированных структурах Al2 O3 (Fe) при больших приложенных напряжениях [176]. Этот тип MRбудет рассмотрен в следующем разделе.52Рис.
1.16: Относительное изменение удельного электрического сопротивления от напряженности перпендикулярного магнитного поля при температуре T = 4.2 K для(Al2 O3 )100−x (Co41 Fe39 B20 )x в исходном состоянии при различных значениях x, at.%: (1)31, (2) 41, (3) 49 [322].Магнитосопротивление при больших напряженностях электрического поляИсследование магнитосопротивления в гранулированных структурах Al2 O3 (Fe) в зависимости от приложенного электрического напряжения и магнитного поля было проведенов [176]. Пленки толщиной 100 nm содержали частицы Fe со средним размером 4.3 nm.
Измерения проводились в CIP-геометрии. Расстояние между контактами составляло 1 mm.Измерения сопротивления на структурах Al2 O3 (Fe) с низким содержанием металлическойфазы (33 и 41 vol.% Fe) при разных напряжениях, магнитных полях и температурах показали существование трех областей.
В первой области при низких приложенных напряжениях (< 3 V) MR отрицательно. (Авторы используют обозначение MR с другим знаком,поэтому в статье MR является положительным. В этой главе и далее будет использоваться общепринятое определение MR.) В первой области с увеличением температуры (220→ 300 K) сопротивление между контактами падает. Во второй области, в которой напряжение между котактами лежало в диапазоне [3, 6 V], происходит смена знака MR – оностановится положительным.
Одновременно с увеличением напряжения во второй областипроисходит падение сопротивления гранулированной структуры. В третьей области, когда напряжение между контактами является большим (> 6 V), падение сопротивлениягранулированной пленки прекращается и достигает насыщения. В этой области магнитосопротивление имеет большие положительные значения (23.2 % при T = 40 K для образцас 41 vol.% Fe).
При этом сопротивление между контактами растет с увеличением темпера53туры. Смену знака MR и большие значения положительного MR авторы объясняют тем,что при большом напряжении между гранулами происходит туннелирование d-электроновс противоположным спином с тех участков d-зоны, которые имеют большую плотность состояний и которые не задействованы при низких напряжениях.Влияние сильного электрического поля на магнитосопротивление в гранулированныхструктурах SiO2 (Co41 Fe39 B20 ) изучалось в [170].
Исследования проводились при комнатной температуре на пленках толщиной 5 µm, содержащих металлические гранулы сплаваCo41 Fe39 B20 с размерами 2 - 5 nm, в CPP-геометрии, т.е. тогда, когда ток был перпендикулярен поверхностям пленки. Магнитное поле величиной до 10 kOe прикладывалось какперпендикулярно, так и касательно к пленке. После воздействия сильного электрическогополя проводились измерения MR в слабых электрических полях. Найдено, что воздействиеэлектрического поля с напряженностью до 1.6·103 V/cm не изменяет абсолютную величинуMR, которое было отрицательным.
Воздействие более высокого напряжения существенно уменьшает MR, что свидетельствует о наличии порогового значения электрическогополя. При этом намагниченность и кривые намагниченности не изменяются в результате воздействия сильных электрических полей. На основе полученных экспериментальныхданных и согласно модели кластерных электронных состояний (КЭС), образующихся нагруппе (кластере) гранул, в основном, из электронов проводимости металлических частиц,найдено, что уменьшение магнитосопротивления связано с сокращением числа локализованных состояний между кластерами, по которым туннелирует электрон. Неизменностькривых намагниченности при воздействии сильного электрического поля, которое изменяет структуру КЭС, приводит к выводу о том, что d-электроны металлических частиц неделокализуются и слабо связаны с электронами, находящимися на КЭС.
КЭС формируется, в основном, из волновых функций s-, p-электронов оболочек атомов металлическихчастиц.Эффект Холла в гранулированных структурахНаряду с магнитосопротивлением в гранулированных структурах возникает эффектХолла. Эффект Холла в ферромагнитных металлах является суммой двух составляющих [324]. Первый член, который представляет собой обычный эффект Холла, определяется силой Лоренца, пропорциональной магнитному полю H. Второй член носит названиеаномального (extraordinary) эффекта Холла. Он определяется рассеянием поляризованных носителей тока и пропорционален намагниченности.
В ферромагнитных металлах игранулированных структурах с ферромагнитными металлическими наночастицами аномальный эффект Холла значительно превышает обычный холловский эффект.В [325] исследовался эффект Холла на гранулированных структурах SiO2 (Ni). ПленкиSiO2 (Ni) содержали от 50 до 100 vol.% Ni и имели толщину 1 µm. Холловское сопротивле-54Рис. 1.17: Аномальное сопротивление Холла при насыщении %xys в зависимости от удельного сопротивления %xx [325].ние измерялось в магнитных полях [-15, 15 kOe] в температурном диапазоне 4.5 - 300 K.Найдено, что при H > 5 kOe эффект Холла не зависит от H (стремится к насыщению).Для этой области полей холловское сопротивление для образцов, находящихся в областипорога перколяции (53 - 61 vol.%), на 4 порядка превышает холловское сопротивлениечистого Ni (Рис.
1.17). При этом, оно обладает слабой зависимостью от температуры.По сравнению с неферромагнитными металлами величина аномального эффекта Холла,наблюдаемая в SiO2 (Ni), больше на 5 - 6 порядков.Влияние отжига на удельное сопротивление, магнитосопротивление и величину холловского сопротивления гранулированных структур SiO2 (FeNi) исследовалось в [326]. Пленки SiO2 (FeNi) толщиной 1 µm подвергались отжигу при разных температурах до 520◦ C.Найдено, что при отжиге до 300◦ C удельное сопротивление, холловское сопротивление имагнитосопротивление пленок SiO2 (FeNi), находящихся в диэлектрической области вблизипорога перколяции (58 - 63 vol.% FeNi), монотонно увеличиваются с ростом температурыотжига. Намагниченность образцов остается практически постоянной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
