Термоэлектрические свойства суперпарамагнитного FeSi и гетерофазных систем на его основе

• Автор: Крюк, Виктор Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 123 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. СТРУКТУРНЫЕ, МАГНИТНЫЕ И КИНЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БеБі И ДВУХФАЗНЫХ СИСТЕМ НА ЕГО ОСНОВЕ. (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)
1.1 Особенности электронных переходов в суперпарамагнитном сильно коррелированном полуметаллическом БеБі
1.2 Термоэлектрические свойства РеБі и гетерофазных систем на его основе
1.3 Особенности атомного строения БеБі и гетерофазных систем на его основе
1.4 Термоэлектрические свойства БеБіг
1.5 Гетерофазная система, РеБі-РеБі2 с малым отклонением от стехио-метрии - особенности эф фектйв но й пров од и м ости
1.6 Постановка задач исследования
2. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ МАГНИТНЫХ И ФЛУКТУИРУЮЩИХ
ВНУТРЕННИХ ОБМЕННЫХ ПОЛЕЙ НА ПЛОТНОСТЬ ЭЛЕКТРОННЫХ СОСТОЯНИЙ И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ СУПЕРПА-
РАМАГНИТНОГО БеБі
2.1 Переход изолятор-металл в БеБі в сверхсильном магнитном поле
2.2 Влияние спиновых флуктуаций на энергетический спектр 5,р,с1-электронов проводимости
2.3 Результаты расчетов температурных зависимостей плотности э,р-состояний и электропроводности БеБі при переходе изолятор-металл
2.4 Выводы и основные результаты
3. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ДВУХФАЗНЫХ СИСТЕМ РеБі-
РеБі2
. : '
3.1 Методы расчета эффективных кинетических коэффициентов гетерофазных систем
3.1.1 Метод элементарной ячейки в описании эффективной проводимости
3.1.2 Вариационные методы расчета эффективной проводимости
3.1.3 Метод конечных элементов
3.1.4 Кинетические коэффициенты, полученные усреднением уравнений переноса
3.1.5 Обобщение методов расчета с учетом взаимного влияние тепловых и электрических полей
3.2 Расчет электропроводности гетерофазных систем в пренеб реже-нии термоэлектрическими эффектами (сравнение методов)
3.3 Расчет электросопротивления гетерофазных систем с учетом термоэлектрических эффектов
3.4 Влияние гетерофазной структуры на электропроводность системы РеБ1-РеБ12
3.5 Выводы и основные результаты
4. РАСЧЕТ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ И ТЕРМОЭДС ДВУХФАЗНЫХ
СИСТЕМ БеБТРеБгг
4.1 Влияние спиновых флуктуаций на термоэдс суперпарамагнитного РеБ1
4.2 Особенности эффективного коэффициента теплопроводности при учете термоэлектрических явлений
4.3 Эффективная термоэдс и теплопроводность системы Р с Б1 -РеБ12
4.4 Выводы и основные результаты
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Силициды 3 б-псреход ных металлов отличаются большим разнообразием физических свойств. Среди них встречаются проводники с высокой электропроводностью, резистивные материалы (в том числе с малым температурным коэффициентом электросопротивления в широкой области температур), полупроводники (с высоким значением термоэдс), полуметаллы, а также сверхпроводники с высокими температурами перехода в сверхпроводящее состояние. Не менее разнообразны и магнитные свойства соединений Зб-переходных металлов с кремнием. В их числе имеются диа- и парамагнетики; вещества с различным типом магнитного упорядочения и с различной природой магнетизма.
Разнообразие физических свойств силицидов Зб-переходных металлов обусловило их широкое использование и в качестве объектов научного исследования, и материалов, получивших широкое применение в технике.
Среди упомянутых соединений особое внимание привлекает суперпара-магнитный Ее81 и парамагнитный Ее812. Важным свойством моносилицида железа являются наблюдаемые в нем электронные переходы изолятор-металл, природа которых окончательно не установлена. Особенностью наблюдаемых переходов изолятор-металл является плавное температурное возрастание электропроводности, которое сопровождается формированием промежуточного состояния с аномально малым значением температурного коэффициента сопротивления (ТКС), вслед за которым возникает металлическое состояние с положительным ТКС [1]. В настоящее время установлено, что физическая природа наблюдаемого в суперпарамагнитном Бев! перехода изолятор-металл связана с изменением энергетической щели между валентной б-зоной и б-зоной проводимости, исчезающей, за счет монотонного роста амплитуды флуктуирующих обменных полей д(Т). Однако до сих пор не рассматривалось влияние спиновых флуктуаций на спек-

Результаты, полученные в [47], указывают на отсутствие скачкообразного перехода парамагнитный изолятор-ферромагнитный металл в Ре8ц по крайней мере до 450 Тл при Т=77 К. Вместо этого наблюдали плавное увеличение проводимости Те81 примерно на два порядка в поле индукцией 450 Тл по сравнению с нулевым полем. Поскольку эффективные массы подвижных носителей заряда в б-подсистеме электронов в Те81 весьма велики (много больше массы свободного электрона), то в отличие от обычных узкозонных полупроводников и полуметаллов, например, 1п8Ь, РЬТе, В: и т.д., поведение этого полупроводника в магнитном поле довольно необычно. Расстояние между уровнями Ландау в Рев! очень мало и орбитальным квантованием можно пренебречь. Тогда ширина запрещенной зоны должна линейно уменьшатся по полю за счет зеемановского расщепления валентных зон и зон проводимости. Однако экспериментально установленная зависимость 1па(5) нелинейная.
При температуре 4.2 К в поле 355 Тл в работе [47] отчетливо наблюдался переход первого рода изолятор-металл, сопровождавшийся скачкообразным изменением магнитного момента на 0.95 Цв/ат. Ре. Следует подчеркнуть, что к моменту фазового перехода разогрев образца отсутствовал.
В работе [9], на основе ЬОА+и метода и при использовании модели прямоугольной полосы была предсказана возможность фазового перехода первого рода парамагнитный изолятор-ферромагнитный металл с критической точкой (ВС,ТС)=( 170 Тл, 280 К) при значении параметров внутриатомного кулоновского отталкивания (9=3.4 эВ и с%0;0)=0,02 эВ. Однако, согласно выводам авторов этой работы, возникновение в Те81 металлического состояния обязано сопровождаться ферромагнитным упорядочением, которое при Т=П К (<280 К) не наблюдалось в эксперименте.
Авторы работы [48] опирались в своих расчетах на плотность состояний Те8ц рассчитанную в рамках РРЬМТО метода, однако, как и в случае [9], использовали приближение среднего поля. Сопоставляя результаты экспе-