Автора: C.C. Аплеснин, О.Н. Бандурина, Л.И. Рябинкина, О.Б. Романова, Е.В. Еремин, А.И. Галяс, О.Ф. Демиденко, Г.И. Маковецкий, К.И. Янушкевич
Источник:Журнал новые магнитные материалы: синтез и физические свойства II, С:630-632
Монохалькогениды марганца MnSe и MnTe обладают структурными и магнитными фазовыми превращениями. В них наблюдается также измене- ние проводящих свойств от полупроводниковых к металлическим вблизи комнатных температур. В магнитном полупроводнике MnSe в области тем- пературы Нееля проявляется эффект магнитосопротивления Т~135 К с ве- личиной удельного электросопротивления ? = 104 - 103 Ом·см [1]. В моно- теллуриде MnTe магниторезистивный эффект не обнаружен. Халькогениды MnSe и MnTe имеют энергетическую щель в спектре одночастичных элек- тронных возбуждений с поляронным типом носителей заряда [1]. Очевид- но, что транспортные свойства твердых растворов на основе MnSe и MnTe чувствительны даже к небольшим изменениям в магнитном упорядочении и кристаллической структуре.
Цель работы - изучение влияния замещения селена теллуром на прояв- ление эффекта магнитосопротивления в твердых растворах MnSe1- xTex .
Синтез составов системы MnSe1-xTex с шагом по концентрации х = 0,1 выполнен методом твердофазных реакций. Шихта для синтеза образцов го- товилась из порошков электролитического марганца, чешуйки которого подвергались специальной очистке до их измельчения, а также селена и теллура марки ОСЧ. Рентгеноструктурные исследования показали, что в ин- тервале концентраций 0,1 ? х ? 0,4 в системе MnSe1-xTex существуют твер- дые растворы с элементарной кристаллической ячейкой пространственной группы Fm3m (225). Измерения удельного электросопротивления проведе- ны стандартным четырехзондовым компенсационным методом на постоян- ном токе в интервале температур 77 – 300К в магнитном поле до 1 Тл.
На рис.1a приведены температурные зависимости сопротивления твер- дых растворов MnSe1-xTex для составов х=0,1 и х=0,2. При T TN наблюда- ется отклонение от линейной зависимости ln?= ln?0 + ?E/T. Величина энер- гии активации ?E ? 0.07 eV практически не зависит от состава у этих об- разцов. Влияние магнитного поля на транспортные свойства исследовалось двумя способами. Во-первых, измерялось изменение сопротивления MnSe0,9Te0,1 и MnSe0,8Te0,2 по температуре как в магнитном поле, так и в его отсутствие. Во-вторых, при фиксированной температуре изучались вольт - амперные характеристики в нулевом магнитном поле и в поле Н=1 Тл. Ус- тановлено, что в магнитном поле сопротивление образцов уменьшается и наибольшее изменение обнаружено в окрестности температуры Нееля у со- става x=0.1 (рис.1b).
Рисунок 1 – Температурная зависимость удельного электросопротивления MnSe1-ХTeХ для Х=0.1 (1), 0.2(2) (a); относительное изменение величины удельного сопротивления в поле 1 Тл для Х=0.1 (1), 0.2(2) (b)
Такое поведение характерно для манганитов [2], и для объяснения это- го эффекта был предложен ряд моделей, например, рассеяние носителей на флуктуациях статической намагниченности, возникающих из-за флуктуации плотности носителей заряда по кристаллу. Магнитное поле подавляет ло- кальные флуктуации намагниченности, ослабляет эффективный потенциал де- фектов и уменьшает обратное время ре- лаксации и число локализованных носи- телей, находящихся на хвосте электрон- ной или дырочной зоны ниже края под- вижности. В [3] предложен модельный гамильтониан с сильным взаимодействи- ем между носителями заряда и локализо- ванными спинами, когда расщепление зоны носителей тока за счет sd- взаимо- действия со спинами локализованных электронов приводит к максимуму маг- нитосопротивления. Другой механизм связан с электрон-фононным взаимодей- ствием и изменением в кристаллографи- ческой структуре, либо кооперативным эффектом Яна-Теллера [4].
В случае твердых растворов MnSe1- xTex немонотонное поведение магнитосопротивления от температуры в парафазе для двух концентраций x=0.1; х=0.2 коррелирует с гистерезисом магнитной восприимчивости в интервале температур ?Т ? 120-340 K, обнаруженным при нагревании и охлаждении этих образцов в магнитном В случае твердых растворов MnSe1- xTex немонотонное поведение магнитосопротивления от температуры в парафазе для двух концентраций x=0.1; х=0.2 коррелирует с гистерезисом магнитной восприимчивости в интервале температур ?Т ? 120-340 K, обнаруженным при нагревании и охлаждении этих образцов в магнитном поле. Моноселенид марганца MnSe при температурах T 250 K находится в двухфазном состоянии: обладает кубической и гексагональной структурой. В MnTe со структурой типа В81 формируется антиферромагнитный поря- док, состоящий из спинов, ферромагнитно упорядоченных в гексагональной плоскости и направленных антипаралельно в соседних плоскостях при тем- пературах T TN. В областях дислокации анионов теллура по узлам решетки твердых растворов MnSe1-xTex возможно формирование магнитных класте- ров с нечетным числом ферромагнитных слоев, обладающих достаточно большой величиной магнитного момента. Естественно, что образованные таким образом кластеры хаотически распределены по решетке. Очевидно также, что электроны, локализованные в кластерах, способны к туннелиро- ванию с различной вероятностью при параллельной и антипаралельной на- правленности магнитных моментов в кластерах. Внешнее магнитное поле стремится выстроить магнитные моменты кластеров по полю и тем самым усиливает туннелирование электронов и уменьшает сопротивление. На уве- личение вклада ферромагнитного взаимодействия в твердых растворах ука- зывает уменьшение величины парамагнитной температуры Кюри ?Р, кото- рая убывает от -350 К до -280 К при изменении концентрации х от 0.1 до 0.4 соответственно. В твердых растворах MnSe1-xTex, вследствие конкурен- ции различных обменных взаимодействий температура Нееля уменьшается и велечина магнитосо-ротивления резко уменьшается в области температур магнитного упорядочения.
Таким образом, в твердых растворах системы MnSe1-xTex (0,1?х?0,4) меха- низм магнитосопротивления, вероятнее всего, обусловлен обменным взаи- модействием носителей тока с локализованными спинами.
Рисунок 2 – Вольт-амперная характеристика твердого раствора MnSe1-ХTeХ (Х=0.1) в магнитном поле Н=1 Тл (2) и в нулевом магнитном поле (1) при разных темпе- ратурах Т: 100К (а), 140К (b), 190К (с).