Исследование электрических и магнитных свойств твердых растворов халькогенидов марганца

• Автор: Бандурина, Ольга Николаевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 109 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ И МАГНИТНАЯ СТРУКТУРА, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ХАЛЫСОГЕНИДОВ МАРГАНЦА И ИХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ
1.1 Магнитные структуры твердых растворов МехМпі_х8
1.2 Переход антиферромагнетик - ферромагнетик и магнитосопротивление
в сульфидах марганца
1.3 Гигантское магнитосопротивление и теория колоссального магнитосопротивления
1.4 Кристаллическая структура, электрические и магнитные свойства
селенида марганца и теллурида марганца
ГЛАВА II ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОБРАЗЦОВ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Технология получения образцов
2.2 Аттестация образцов методом рентгеноструктурного анализа
2.3 Электрические измерения
2.3.1 Измерение удельного сопротивления
2.3.2 Измерение диэлектрической проницаемости
2.4 Магнитные измерения
ГЛАВА III МАГНИТНЫЕ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И
МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В ТВЕРДЫХ РАСТВОРАХ СохМщ.х8
3.1 Кристаллическая и магнитная структура твердых растворов СохМпі-х8
3.2 Образование в системе твердых растворов СохМпі.х8 спонтанного магнитного момента
3.3 Диэлектрическая проницаемость во внешнем электрическом и магнитном полях
3.4 Изменение упругих характеристик твердых растворов СохМгц.хЗ (х = 0.05, 0.15)
3.5 Электронный парамагнитный резонанс в твердых растворах СохМпі-х Б
3.6 Модель взаимосвязи электронной и упругой подсистем
3.7 Выводы
ГЛАВА IV МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ Мп8еЬхТех
4.1 Кристаллическая структура и магнитные свойства Мп8еі.хТех
4.2 Магниторезистивные свойства твердых растворов Мп8єі.хТєх
4.3 Температурные зависимости постоянной решетки и коэффициента теплового расширения решетки

4.4 Электронный парамагнитный резонанс и ИК спектры
твердых растворов Мп8е|_хТех
4.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Введение
Актуальность темы. В последнее время активно развивается новое научное направление -спинтроника, в которой используются преимущества как энергонезависимой магнитной памяти, так и быстродействующих электрических систем обработки информации. В спинтронике для преобразования электрического сигнала используется не только зарядовая степень свободы электрона, но также и спин, что позволяет создавать принципиально новые спинтронные устройства, такие как быстродействующая оперативная память в компьютерах, сенсоры, преобразователи магнитной информации в оптический сигнал и т.д. В связи с этим большое внимание уделяется поиску, созданию и исследованию новых магнитных материалов, в которых сосуществуют магнитные, электрические и оптические свойства, связанные с особенностями их кристаллического упорядочения и электронно-зонного строения в зависимости от состава. К таким веществам относятся неупорядоченные системы, в которых наблюдаются переходы металл-диэлектрик (ПМД) и эффект колоссального магнитосопротивления (КМС).
Исследование мультиферроиков, в которых сосуществует хотя бы два из трех параметров порядка: магнитный, электрический или кристаллографический, является актуальной задачей, так как описывает возможность с помощью электрического поля управлять магнитными свойствами материала и, наоборот, осуществлять модуляцию электрических свойств магнитным полем. В перспективе такие материалы могут найти широкое техническое применение в качестве сенсоров, датчиков, устройств записи-считывания информации. Если в спиновой электронике преобразование информации происходит через изменение намагниченности в электрическое напряжение, то в мультиферроиках связь между магнитной и электрической подсистемами проявляется через магнитоэлектрический эффект.
Общая черта, которая объединяет мультиферроики и материалы для спинтроники, это взаимосвязь магнитных, электрических, оптических и других физических свойств. В связи с этим поиск и исследование нового класса материалов, обладающих сильной взаимосвязью, представляет актуальную задачу. Полупроводники на основе халькогенидов марганца обнаруживают магнитные и структурные фазовые переходы, переход металл-диэлектрик и ряд эффектов, связанных с колоссальным магнитосопротивлением и изменением электронной структуры под действием внешних факторов, что обусловлено особенностями кристаллического упорядочения и электронного строения Этих веществ в зависимости от состава.
В твердых растворах MexMni.xS (где Me-V, Cr, Fe, Со) замещение иона марганца хромом и ванадием, имеющим один и два электрона в t2g области индуцирует орбитальное вырождение электронов для V, Сг и дырочное вырождение для Мп, а замещение ионами Fe, Со приведет к электронному вырождению орбиталей. Вырождение может быть снято как за счет определенного упорядочения орбиталей, так и кулоновского взаимодействия электронов, расположенных на

разупорядочения так, что чем меньше разупорядочение, тем больше размер кластеров. Концентрация дырок в этих кластерах одинакова; она такая же, как в неразупорядоченной модели.
Происхождение указанных больших кластеров объясняется следующим образом. С одной стороны, существование границ ФМ-АФМ энергетически не выгодно и поэтому предпочтительна магнитно-однородная система. С другой стороны, локально, на уровне расстояния постоянной решетки, имеет место разупорядочение интегралов переноса и антиферромагнитного, так что системе предпочтительно иметь в этом масштабе сменяющие друг друга ФМ и АФМ фазы. Поэтому с точки зрения разупорядочения ФМ и АФМ кластеры должны быть как можно меньшего размера для того, чтобы удовлетворить локальные тенденции. Вследствие конкуренции этих двух факторов в системе осуществляются «большие» кластеры, что частично удовлетворяет их обоих: протяженность ФМ-АФМ границ мала и частично осуществляются локальные тенденции к перемене АФМ взаимодействия на ФМ в масштабе постоянной решетки. Так как концентрация дырок в ФМ и АФМ кластерах одинакова, между ними нет кулоновских взаимодействий, а, значит, и отсутствует вызванное ими ограничение размеров кластеров порядка нанометра. Размер указанных «больших» кластеров по расчетам авторов [52] значительно превышает постоянную решетки. Они имеют форму пузырьков. Во внешнем магнитном поле размер ФМ кластеров возрастает и при достаточно высоком поле происходит их перколяция: Численные оценки величин сопротивления и МС в рамках двуорбитальной модели в настоящее время отсутствуют. Однако эксперимент показывает, что большее МС наблюдается при меньшем разупорядочении (большие ФМ и АФМ кластеры) [52].
Очевидно, что металлическая'ФМ часть образца будет очень чувствительна к магнитному полю, увеличивающему ее объем, т.е. должно наблюдаться КМС. Эти идеи ценны в том отношении, что они предсказывают существование фазового разделения и выше То, а также полупроводниковый тип проводимости выше То [51].
Эффект магнитосопротивления, обнаруженный в сульфиде марганца и катион-замегценных растворах сульфида марганца, проявляется в селениде марганца и в анион-замещенных растворах селенида марганца.
1.41 Кристаллическая структура, электрические и магнитные свойства селенида марганца и теллурида марганца.
Селенид марганца имеет три полиморфных модификации. Стабильная форма селенида марганца имеет кристаллическую структуру типа NaCl (пространственная группа Osn - Fm3m). Впервые результаты рентгенографического исследования этого соединения приведены в [53]. Согласно этим данным постоянная решетки а = 5,46 А. Позднее в [54] получены все три полиморфные модификации селенида марганца. Подтверждено, что a-MnSe кристаллизуется в