WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

ена. В этом смысле щель в спектре opt представляет На вставке на рис. 4 показано влияние магнитного собой разность энергий между двумя уровнями e1 и eg g поля на поглощение в пленке № 1. Интенсивность конечной ширины и соответствует транспортной щели.

света, прошедшего через пленку, измеренная при энерДля составов с x 0.2 оптическая щель не наблюдаетгии фотоноа 0.5 eV, при понижении температуры сначала ся, величина opt существенно изменяется вблизи полосы увеличивается, что отражает наличие обычного ”синего” при 1.5 eV. Такое поведение opt может быть объяснено сдвига полосы, а затем чуть выше температуры Кюри несколькими причинами.

(Tc = 196 K) начинает уменьшаться, что свидетельствует 1. Расширением области локализованных состояний на о ”красном” свдиге. Магнитное поле усиливает это хвостах зон.

уменьшение, т. е. увеличивает ”красный” сдвиг. Если в 2. Перестройкой системы оптических переходов, обмонокристалле La0.9Sr0.1MnO3 увеличение поглощения условленной изменением зонной структуры при легив магнитном поле 1 T при энергии фотона 0.5 eV и темровании. Сравнение спектров LaMnO3 и CaMnO3 [12] пературе 80 K составило 30%, то в пленке № 1 — 12%.

даст возможность предположить, что на формирование Для пленки № 2 изменение поглощения в магнитном спектра opt твердых растворов должен влиять интенсивполе оказалось в два раза меньше, чем для пленки № 1.

ный переход O2p пустая eg-зона ионов Mn4+. Такое предположение основывается на том факте, что интенсивная полоса opt при 3.07 eV, соответствующая этому 3. Обсуждение результатов переходу в CaMnO3 (практически все ионы марганца в этом переходе четырехвалентны), дает в рассматриваеВ спектральном диапазоне (0.04-1.60) eV оптическая мом спектральном диапазоне ”хвосты” оптической пропроводимость исследованных манганитов лантана имеводимости, по интенсивности практически совпадающие ет следующие общие особенности: фононный спектр со спектром LaMnO3.

при энергиях меньше 0.09 eV, полосу поглощения при 3. Вкладом зонных носителей заряда, приводящим к 1.5 eV с затянутым низкоэнергетическим краем, ми- перераспределению интенсивностей в спектре.

нимальную оптическую щель < 0.2 eV для нелегирован- В целом, можно считать, что полоса поглощения ного и слаболегированного LaMnO3, заполнение этой при 1.5 eV и ее низкоэнергетический край формируются щели для сильнолегированных манганитов лантана в переходами с участием состояний ионов Mn3+ и Mn4+ и ферромагнитной области. вкладом носителей заряда.

Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. 480 Н.Н. Лошкарева, Ю.П. Сухоруков, В.Е. Архипов, С.В. Окатов, С.В. Наумов, И.Б. Смоляк...

Полоса оптической проводимости при 0.12 eV в La0.9Sr0.1MnO3 (вставка на рис. 2) наблюдалась непосредственно в спектрах поглощения этого кристалла [4] и в других манганитах лантана [14]. Имеются аналогичные MIR-полосы (middle infrared) в спектрах различных 3d-оксидов, в том числе с перовскитной структурой, например, ВТСП [15], где они связываются с локализованными носителями-поляронами. В некоторых оксидах, например, в CuO, проводимость с низкой подвижностью полностью определяется поляронами, о чем, в частности, свидетельствует равенство энергии активации сопротивления Ea сумме энергии активации подвижности Eu и энергии связи полярона Ep, определенной из спект- Рис. 5. Разность спектров оптической проводимости и поглощения, взятых в ферромагнитной и парамагнитной ров opt, Ea = Eu + Ep [16].

области: 1 — монокристалл La0.8Sr0.2MnO3, 2 — пленка В манганитах лантана в парамагнитной области поляLa0.7Sr0.3MnO3 №1.

ронный механизм проводимости, по-видимому, не является определяющим. Энергетическое положение полосы Emax = 0.12 eV определяет энергию активации подвижности поляронов Emax = 4eu, Eu = 0.03 eV. Энергия связи типом носителей, дают значение 3·10-16 s. Если предпополярона Ep = 2Eu = 0.06 eV. Сумма Eu + Ep = 0.09 eV ложить, что m/m0 = 1 подвижность носителей заряда значительно отличается от энергии активации статичеравна 0.5 cm2 · V-1 · s-1. Указанные параметры могут ской проводимости для этого образца (0.2 eV). В области свидетельствовать об узкой валентной зоне манганитов высоких температур (в парамагнитной области) более лантана.

вероятным активационным процессом может быть меДля выявления характера спектра зонных носитеханизм проводимости, связанный с возбуждением носилей для монокристалла La0.8Sr0.2MnO3 из спектра opt телей заряда на край подвижности [17]. Заметим, что при 293 K (температура соответствует ферромагнитной на основе представлений о движении края подвижности области — ФМ) был вычтен спектр opt при 340 K (соотпри изменении температуры, приводящем к изменению ветствует парамагнитной области — ПМ). Полученная числа носителей тока в делокализованных состояниях разность opt показывает (рис. 5), что вклад носителей удовлетворительно объясняется ряд явлений: переход слабо зависит от энергии.

металл–изолятор ниже Tc, особенности эффекта Холла Подобная процедура вычитания спектров была провеи магнитосопротивления манганитов лантана [14,18].

дена для пленки La0.7Sr0.3MnO3 № 2. Разность спекКак следует из спектров opt, в парамагнитной облатров поглощения 4 и 3, полученных при температурах сти температур для монокристаллов и поликристаллов 80 K (ФМ) и 239 K (ПМ) соответственно, также слабо манганитов лантана заметного вклада зонных носителей зависит от энергии в широкой области энергий. Однако, не наблюдается даже для образцов с малым сопротипри энергиях меньших 0.3 eV наблюдается сильный влением ( 6 · 10-3 Ohm · cm) при условии слабого активационного хода (T ), т. е. для La0.8Sr0.2MnO3 рост K, аналогичный существующему в спектрах opt сильно легированных манганитов лантана с x = 0.и La0.67Ca0.33MnO3, (рис. 2 и 3). Можно заклю(рис. 2 и 3), связанный, по-видимому, со свободными чить, что в парамагнитной области температур провоносителями заряда.

димость осуществляется локализованными носителями, Итак, можно заключить, что в спектрах opt в ферропо-видимому, как перескоками поляронов, так и активамагнитной области проявляются два вклада зонных носицией на край подвижности, при разных вкладах каждого телей, отличающиеся различной зависимостью opt(E).

процесса в зависимости от концентрации двухвалентного Рассмотрим вклад, слабо зависящий от энергии, связаниона. При понижении температуры ниже температуры ный, вероятно, с зонными носителями, обладающими Кюри, когда край подвижности пересекает уровень Фернизкой подвижностью. При малой величине следует ми, наступает переход металл–диэлектрик и в спектрах учитывать оба слагаемых в знаменателе выражения для оптической проводимости резко возрастает вклад, свявысокочастотной проводимости opt = 0/(1+2 ), где занный с зонными носителями заряда (рис. 2, 3, 4). О 0 — статическая проводимость. При условии 2 < 1, том, что смена механизмов проводимости при переходе которое выполняется в нашем случае при = 3 · 10-16 s металл–диэлектрик происходит резко, свидетельствует (из отражения), opt действительно слабо зависит от также температурная зависимость коэффициента отражения, приведенная для монокристалла La0.8Sr0.2MnO3 энергии, поскольку в области 0.2-0.5 eV значения выражения 1/(1 + 2 ) уменьшаются всего на 5%.

в [4]. Оценки времени релаксации, полученные для монокристаллов La0.8Sr0.2MnO3 путем подгонки экспе- Второй вклад, сильно зависящий от энергии, вероятно, риментального спектра отражения в ферромагнитной обусловлен подвижными зонными носителями (свободобласти к теоретическому для простой зоны с одним ными носителями). Для монокристаллов La1-xSrxMnO3 с Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. Носители заряда в спектрах оптической проводимости манганитов лантана x = 0.2 и 0.3 в ферромагнитной области плазменную ча- ширины e2-зоны дают значение 2 eV, а для величины g стоту можно оценить из значений энергий, при которых обменного расщепления — около 3 eV [11], т. е. неравыполняется равенство 1 = 0. Получаются значения венство несильное.

2.1 · 1014 s-1 для x = 0.2 и 2.6 · 1014 s-1 для x = 0.3.

В пленке № 1 относительно меньшая в 2.5 раза По значениям плазменной частоты в предположении, что величина ”красного” сдвига, по сравнению со случаем эффективная масса дырок m/m0 = 1, можно оценить монокристалла La0.9Sr0.1MnO3, может быть связана с концентрацию свободных носителей. Такие оценки дают меньшим объемом ферромагнитных областей в пленке, значения концентрации 0.5 · 1020 cm-3 для состава с чем в кристалле. Сильное изменение спектра пленx = 0.2 и 0.9 · 1020 cm-3 для состава с x = 0.3. Отки № 2 с металлической проводимостью при магнитном метим, что значение концентрации свободных носителей фазовом переходе, однако, не может быть результатом на 1.5 порядка меньше концентрации, полученной из только ”красного” сдвига в ферромагнитных областях, эффекта Холла для поликристалла La0.67Ba0.33MnO3 [18].

занимающих больший, чем для пленки № 1, объем Оценки времени релаксации из области сильного пленки. Это связано со следующими обстоятельствами.

роста проводимости вблизи фононного спектра для поВо-первых, известно, что наиболее чувствительны к ликристаллов La0.67Ba0.33MnO3 и La0.7Sr0.3MnO3 дают ”красному” смещению края зон, поэтому сдвиги кризначения 5 · 10-15 s, т. е. на порядок выше, чем повой 4 (поглощение при 293 K) относительно кривой лучено из отражения. Способ определения основан (поглощение при 80 K) при фиксированном значении на выполнении линейной зависимости -1(2), что коэффициента поглощения K должны быть больше для иллюстрирует вставка на рис. 3. Аналогичные оценки меньших значений K. На эксперименте наблюдается для монокристалла La0.7Sr0.3MnO3 трудно сделать изобратная ситуация: максимальный сдвиг кривой поглоза близости области свободных носителей к фононному щения 4 относительно 3 в пленке № 2 наблюдается спектру.

для максимума поглощения и составляет 1.0eV. ТаПрирода двух типов носителей становится понятной, кую величину сдвига полосы нельзя считать разумной, если предположить, что манганиты лантана относятся к поскольку она превосходит наибольшую из известных материалам, в которых наблюдается разделение фаз [19].

величин ”красного” свдига для HgCr2Se4 (0.84 eV) — Тогда низкоподвижные носители принадлежат антифермагнитного полупроводника с широкой зоной проводиромагнитной матрице, а высокоподвижные — металлимости. Во-вторых, известно также, что при увеличении ческим ферромагнитным областям. Проводимость всего кристалла обусловлена суммой двух проводимостей: сво- концентрации носителей ”красный” сдвиг уменьшаетбодных носителей с малой концентрацией, но высокой ся. Это наблюдалось в EuO, легированном Cd3+, при подвижностью и носителей с меньшей подвижностью, но увеличении концентрации Cd3+ [20] и объяснялось за большей концентрацией. счет сдвига уровня Ферми [9]. Тогда для пленки № Вышеописанное вычитание спектров было выполнено ”красный” сдвиг ожидается меньший по величине, чем в в предположении, что при переходе из парамагнитной пленке № 1.

области в ферромагнитную для образца одного состава Можно утверждать, что в сильнолегированных манне происходят изменения в зонной структуре, а тольганитах лантана доля изменений за счет ”красного” ко появляется вклад зонных носителей. Однако, если сдвига в общее изменение спектров при магнитном учитывать изменения в зонной структуре, то в первую фазовом переходе будет незначительной и наблюдаемые очередь следует определить роль ”красного” смещения изменения в большей мере будет определяться зонными края поглощения в изменении спектра при магнитном носителями.

фазовом переходе.

Таким образом, манганиты лантана, приготовленные Спектры поглощения пленки La0.7Sr0.3MnO3 №1 с различными способами, демонстрируют общие особенполупроводниковым ходом (T ) при всех температурах ности спектров. Край фундаментального поглощения (рис. 4) наглядно демонстрируют ”красное” смещение манганитов лантана формируется переходами с участием края поглощения при переходе из ПМ в ФМ область состояний ионов Mn3+ и Mn4+. В парамагнитной облатемператур и подтверждают результаты, полученные на сти отсутствует заметный вклад зонных носителей даже монокристалле La0.9Sr0.1MnO3 [4]. ”Красное” смещение для образцов с малым сопротивлением (6·10-3 Ohm·cm) края поглощения аналогично наблюдаемому в магнити проводимость определяется перескоками поляронов ных полупроводниках, например, EuO и HgCr2Se4, где и активацией на край подвижности. В ферромагнитной оно связывалось с обменным взаимодействием носиобласти изменения в спектрах оптической проводимости телей заряда с локализованными спинами магнитных манганитов лантана в основном обусловлены появлениионов [9]. В случае манганитов лантана ”красное” ем зонных носителей и в меньшей степени ”красным” смещение может быть результатом расщепления по списмещением края поглощения. Два вклада зонных носитену eg-состояния. Но при этом следует предположить, лей с различной зависимостью от энергии фотонов могут что Хундовская обменная энергия не слишком велика по сравнению с шириной зоны проводимости. Действи- быть связаны с проводимостью в матрице и ферромагтельно, расчеты электронной структуры LaMnO3 для нитных областях.

8 Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. 482 Н.Н. Лошкарева, Ю.П. Сухоруков, В.Е. Архипов, С.В. Окатов, С.В. Наумов, И.Б. Смоляк...

Авторы благодарят Н.Г. Бебенина, Б.А. Гижевского, В.Е. Найша и Г.А. Болотина за полезные обсуждения.

Работа частично выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 97-02-16008).

Список литературы [1] Э.Л. Нагаев. УФН. 166, 833 (1996).

[2] A.P. Ramirez. J. Phys. Cond. Matt. 9, 8171 (1997).

[3] Н.Н. Лошкарева, Ю.П. Сухоруков, А.П. Носов, В.Г. Васильев, Б.В. Слободин, К.М. Демчук, Н.Г. Бебенин. ФТТ 39, 9, 1616 (1997).

[4] N.N. Loshkareva, Yu.P. Sukhorukov, B.A. Gizhevskii, A.A. Samokhvalov, V.E. Arkhipov, B.E. Naish, S.P. Karabashev, Ya.M. Mukovskii. Phys. Stat. Sol. (a) 164, 863 (1997).

[5] Y. Moritomo, A. Machida, R. Matsuda, M. Ichida, A. Nakamura. Phys. Rev. B56, 9, 5088 (1997).

[6] S.G. Kaplan, M. Quijada, H.D. Drew, D.B. Tanner, G.C. Xiong, R. Ramesh, C. Kwon, T. Venkatesan. Phys. Rev. Lett. 77, 10, 2081 (1996).

[7] Y. Okimoto, T. Katsufuji, T. Ishikawa, A. Urushibara, T. Arima, Y. Tokura. Phys. Rev. Lett. 75, 1, 109 (1995).

[8] G. Matsumoto. J. Phys. Soc. Jpn. 29, 615 (1970).

[9] Э.Л. Нагаев. Физика магнитных полупроводников. Наука, М. (1979).

[10] I. Solovyev, N. Hamada, K. Terakura. Phys. Rev. B53, (1996).

[11] S. Satpathy, Z.S. Popovic, F.R. Vukajlovic. J. Appl. Phys. 79, 8, 4555 (1996).

[12] J.H. Jung, K.H. Kim, D.J. Eom, T.W. Noh, E.J. Choi, Jaejun Yu, Y.S. Kwon, Y. Chung. Phys. Rew. B55, 23, 15 489 (1997).

[13] T. Arima, Y. Tokura, J.B. Torrance. Phys. Rev. B48, 23, 17 (1993).

[14] N.G. Bebenin, N.N. Loshkareva, Yu.P. Sukhorukov. Sol. State Commun. 106, 6, 357 (1998).

Pages:     | 1 || 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.