Электрические транспортные характеристики и магнитные свойства магнетиков с мелкомасштабными неоднородностями

• Автор: Сбойчаков, Артем Олегович
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 113 с. : ил.

1 Транспортные характеристики фазово-расслоенных манганитов
1.1 Формулировка модели и основные приближения
1.2 Проводимость
1.3 Магнитосопротивление
1.3.1 Магнитосопротивление, обусловленное изменением туннельной проводимости в магнитном поле
1.3.2 Влияние увеличения объема металлической фазы
1.4 Механизмы и спектральная плотность токового шума
1.4.1 Спектр шума, вызванного флуктуациями чисел заполнения
1.4.2 Флуктуации направления магнитного момента
1.4.3 Флуктуации размера феррона
1.4.4 Оценка мощности 1// шума
1.5 Заключение к главе
2 Проявления неоднородности парамагнитной фазы. Сравнение теории
с экспериментом
2.1 Электросопротивление
2.2 Магнитосопротивление
2.3 Магнитная восприимчивость
2.4 Заключение к главе
3 Высокочастотная магнитная проницаемость нанокомпозитных пленок

3.1 Введение

3.2 Энергия дипольного взаимодействия гранул
3.3 Магнитная проницаемость нанокомпозитной пленки
3.4 Заключение к главе
4 Свойства фазово-расслоенного состояния
4.1 Устойчивость феррона в модели двойного обмена
4.2 Два типа ферронов в АФМ матрице
4.3 Ферронное состояние при конечных температурах
4.4 Заключение к главе
Заключение
Литература

В последнее десятилетие резко возрос интерес к манганитам - магнитным окислам на основе марганца, имеющим химическую формулу Rei-^A^MnOa, где Re - редкоземельный (La, Pr, Nd, Sm, и т.д.), а А - щелочноземельный элементы (Са, Sr, Ва). Хотя эти соединения известны физикам уже более пятидесяти лет [1, 2, 3], большое внимание к ним было вызвано открытием в начале 1990-х годов, эффекта отрицательного колоссального магнитосопротивления (КМС) [4, 5], и начиная с этого момента, количество публикаций посвященных, как теоретическим, так и экспериментальным исследованиям манганитов продолжает неуклонно расти. Эффект КМС заключается в резком паде-® нии удельного сопротивления р(Н) образца при приложении внешнего магнитного по-
■*' ля, и характеризуется величиной магнитосопротивления MR(H) = [р(0) — р(Н)]/р(Н).
Так, например, в первой же работе [4], посвященной эффекту КМС, величина MR(H) в тонких пленках Ьао.б7Сао.ззМпОз достигала значения MR — 1.27 • 105 % при температуре 77К, что намного превышает значения магнитосопротивления в многослойных магнитных пленках или гранулированных системах. Такие высокие значения МR(H) делают манганиты очень перспективными для использования в качестве датчиков магнитного поля, а также в системах магнитной записи. В то же время, огромный интерес исследователей к этим материалам, объясняется не только возможностью их практического применения. Привлекательность манганитов, как для теоретиков, так и для экспериментаторов, вызвана, в первую очередь, огромным количеством интересных физических свойств, присущих этим соединениям.
Переплетение зарядовых, орбитальных и спиновых степеней свободы в манганитах, определяет богатство их фазовой диаграммы. Исходные соединения ReMn03 и АМпОз являются антиферромагнитными диэлектриками, но с различным типом антиферро-магнитного упорядочения. В зависимости от уровня легирования и типа легирующего элемента, в манганитах помимо антиферромагнитного (АФМ) диэлектрического состояния, может реализовываться также и ферромагнитное (ФМ), как диэлектрическое, так и металлическое состояние. Другой важной особенностью манганитов, имеющей непосредственное отношение к предмету диссертации, является возможность существования в этих материалах разного рода неоднородных состояний в различных частях

Глава 2. Проявлення неоднородности парамагнитной фазы.

дует, что высота барьера фактически совпадает с глубиной потенциальной ямы. Тогда естественно предположить, что длина туннелирования того же порядка, что и размер феррона (несколько нанометров), но вообще говоря, может в несколько раз отличаться от ДоДостаточно нетривиальным является вопрос об оценке концентрации ферронов п. Как уже обсуждалось выше, связь между п и концентрацией допирующего элемента х не является простой. В рассматриваемой здесь области х > 0.2 нельзя положить п а х/ё3, так как, во-первых, в этом случае капли должны перекрываться, образуя сплошной металлический и ферромагнитный кластер. Однако, вещество может оставаться диэлектриком даже при более высоких концентрациях (х = 0.5 — 0.6), по крайней мере, в области высоких температур. Во-вторых, как видно из экспериментов, связь между концентрацией допирующего элемента и проводимостью манганита весьма сложна: изменение х в два раза может менять сопротивление на два порядка [86, 98] для одних материалов, для других же р(х) оказывается немонотонной функцией в определенной области концентраций. Отметим, что эти противоречия существенны не только для используемой в диссертации модели фазового расслоения, но и для других моделей, пытающихся описать свойства манганитов (например, поляронных моделей [99, 100]). Напрашивается вывод, что число носителей тока, участвующих в процессах переноса, отнюдь не совпадает с концентрацией допирующего двухвалентного элемента х. Это особенно очевидно в случае зарядового упорядочения, когда часть носителей заряда, возникших в результате допирования, оказывается локализованной, образуя регулярную структуру.
Таблица 2.1.
Образцы Уо, К р(200К), Ом-см І5 ті2 IV,,, 1/см Источник
(Ьаі_уРг5,)о.7Сае.зМп03 3650 1.25 2-Ю5 [83] (Рис. 2.1.)
Рг0.7іСао.29МпОз 3500 0.57 1Л О гН ГО [84] (Рис. 2.2.)
(Ьа0.4Рго.б)і.23г1.8Мп207 3600 1.5 1.5 ■ 105 [85] (Рис. 2.3.)
Ьао.8^^о.2МпОз 3700 283 1-Ю3 [86] (Рис. 2.4.)
Э Химическая формула ЭТОГО соединения (Ьао.4Рго.б)2-2іЗгі+2хМП207
Таким образом, с помощью формулы (2.1) и экспериментальных данных удается определить не концентрацию ферронов п, а значение комбинации параметров 1ъп2Ме. В Таблице 2.1 приведены данные для кулоновской энергии У0, удельного сопротивления при 200 К, а также величины 15п21Уе, найденных с помощью формулы (2.1) и экспериментальных данных, приведенных на рис. 2.1-2.4. Отметим, что если точность определения величины У0 составляет ±50 К, то произведение параметров 15п2Ме оценивается лишь по порядку величины (уже хотя бы потому, что с такой точностью известна