WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 10 Фазовое расслоение и анизотропия электрических свойств слаболегированных манганитов лантана © Н.И. Солин, В.А. Казанцев, Л.Д. Фальковская, С.В. Наумов Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук, 620219 Екатеринбург, Россия E-mail: solin@imp.uran.ru (Поступила в Редакцию 29 ноября 2004 г.) В монокристаллах слаболегированных манганитов лантана La1-x AxMnO3 (A Ca, Sr, x = 0.07-0.125) с орторомбической структурой обнаружены изменения термоэдс, электро- и магнетосопротивления, коэффициентов теплового расширения и их анизотропии в области комнатных температур. Результаты обсуждаются в модели фазового расслоения в связи с анизотропией поляронов. Из-за выигрыша в обменной энергии и упругих напряжений в решетке магнитные поляроны большего размера могут образоваться путем объединения поляронов малого радиуса и содержать не один, а несколько (равный числу поляронов в кластере) электронов. Вследствие этого ближний порядок в кластере и фазовое расслоение наступает при температуре Tps 250-300 K, приблизительно равной TC проводящих манганитов с x 0.2-0.3.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 02-02-16429), ОФНРАН(проект № 19490) и ФЦНТП(проект № 40.012.1.1.1153).

Фазовое расслоение [1,2] и сильная электрон-фонон- Однако к настоящему времени свойства их мало изученая связь [3], обусловленная ян-теллеровским расщеп- ны, чтобы сделать вывод о связи электрических свойств лением уровней иона Mn+3, считаются возможными с разделением фаз. Решеточные искажения являются источниками колоссального магнетосопротивления в одним из признаков возникновения магнитных кластеманганитах лантана. Методом малоуглового рассеяния ров [11] и могли бы подтвердить идею фазового раснейтронов в монокристаллах слаболегированных манга- слоения при высоких температурах. Орторомбическая нитов лантана La1-x CaxMnO3 (x 0.08) при гелиевых структура, анизотропия магнитных кластеров [5] слаботемпературах обнаружены магнитные капли размером легированных манганитов лантана позволяют ожидать 2Rkl 14 [4] и рост их размера от 2Rkl 7-17 анизотропию их электрических свойств. Анизотропия до 200 в La1-xSrx MnO3 при увеличении концентра- электро- и магнетосопротивления ( и MR) объемных ции Sr от 6 до 7% [5,6], причем капли являются манганитов в отличие от пленок [12] в настоящее время анизотропными и имеют форму сплющенных эллип- почти не исследована. В настоящей работе сообщаетсоидов. В обычных магнитных материалах эти поля- ся об обнаружении анизотропии электро- и магнетороны распадаются вблизи температуры Кюри TC [7], сопротивления, термоэдс и коэффициентов линейного поэтому роль фазового расслоения обсуждается в обла- расширения в монокристаллах La0.93Sr0.07MnO3, а таксти существования антиферромагнетизма. Однако неко- же магнетосопротивления в некоторых слаболегированторые результаты экспериментов в манганитах мож- ных манганитах лантана. Анизотропия электрических но было трактовать как проявление начала фазового свойств La0.93Sr0.07MnO3 возникает ниже температуры расслоения в далекой парамагнитной области. Резуль- структурного перехода T00 440 K, она увеличивается с таты исследований электро- и магнетосопротивления, понижением температуры и наиболее резкое увеличение термоэдс и магнитной восприимчивости монокристал- анизотропии происходит в районе 300 K.

ла La0.92Ca0.08MnO3 и некоторых слаболегированных Анизотропия электрических свойств объясняется аниманганитов [8] свидетельствовали о появлении мелко- зотропией подвижности носителей заряда как следствие масштабного фазового расслоения — возникновении анизотропии формы поляронов. В парамагнитной обламагнитных кластеров с размером порядка 8-12 в па- сти при высоких (T > 300 K) температурах поляроны рамагнитной области при температуре ниже T 275 K, малого радиуса образуются вследствие ян-теллеровского т. е. примерно в 2 раза превышающей температуры искажения решетки [3]. С уменьшением температуры Кюри TC и Нееля TN образцов. Электрические и маг- энергия системы понижается из-за возникновения ближнитные свойства манганитов ((La1-y Pry )0.3Ca0.3MnO3, него магнитного порядка около этих поляронов. Из-за Pr0.71Ca0.29MnO3, La0.08Mg0.02MnO3 и др.) в широкой выигрыша в обменной энергии и упругих напряжений в парамагнитной области температур обсуждаются [9] решетке магнитные кластеры большого размера могут на основе модели неоднородного состояния, развитой образоваться путем объединения поляронов малого рав [10], и результаты объясняются присутствием магнит- диуса и содержать не один, а несколько (равное числу ных капель диаметром 30. поляронов в кластере) электронов. Вследствие этого Эффекты разделения фаз наиболее ярко должны про- ближний порядок в кластере и фазовое расслоение являться в свойствах слаболегированных манганитов. наступает при температуре Tps 250-300 K, приблизиФазовое расслоение и анизотропия электрических свойств слаболегированных манганитов лантана тельно равной TC проводящих манганитов с x 0.2-0.3. 2. Результаты Обнаруженные аномалии коэффициентов линейного и По результатам исследований термоэдс объемного расширения при этих температурах соглаLa0.93Sr0.07MnO3 является полупроводником p-типа.

суются с этой моделью. Ожидается, что анизотропия Значения электросопротивления на постоянном токе поляронов способствует фазовому расслоению.

и термоэдс S монокристалла La0.93Sr0.07MnO3 при T 400 K вблизи температуры структурного перехода T00 440 K незначительно различаются от направления 1. Образцы и методики тока и градиента температуры по отношению к кристаллографическим осям и становятся заметно анизотропОбразец La0.93Sr0.07MnO3 1 является скошенным анными с понижением температуры (рис. 1). На вставке тиферромагнетиком с углом скоса 25, TC = 128 K, рис. 1 показано, что при T TC = 128 K значение TN = 121 K и температурой структурного перехода электросопротивления c вдоль оси c примерно в 4 раза T00 450 K [6]; он имеет параметры c = 7.753, a = 5.меньше, чем вдоль оси b, а термоэдс Sc вдоль оси c и b = 5.549 орторомбической кристаллической решетпримерно в 1.4 раза больше, чем вдоль оси b. Видно ки [14]. По нейтронным данным [6], исследованный также, что и анизотропия электросопротивления b/c и монокристалл La0.93Sr0.07MnO3 является в основном анизотропия термоэдс Sc/Sb увеличивается с понижениоднодоменным, как и La0.94Sr0.06MnO3 [5], а ось c ем температуры. Более резкое изменение анизотропии направлена почти вдоль оси роста кристалла. По рентгеновским данным монокристаллы La0.93Sr0.07MnO3 свойств происходит вблизи 300 K. В интервале температур T = 400-300 K термоэдс и электросопротивление при комнатной температуре являются однофазными, но (рис. 1) хорошо описываются характерными для показывают наличие (следы) двойниковой структуры.

Монокристаллы La0.9Ca0.1MnO3 и La0.875Ca0.125MnO3 2 полупроводников активационными выражениями [17] также являются скошенными антиферромагнетиками S = k/e ( ES/kT + S0), (1) с TC = 138 K, TN = 112 K, T00 450 K и TC = 155 K, 0(T ) =(1/ ) exp( E/kT) TN = 112 K, T00 320 K, T0 0 80 K соответственно и имеют, по нейтронным данным [16], двойниковую =(1/ ) exp ( ES + W1)/kT, (2) структуру.

где e — заряд электрона, k — постоянная Больцмана, Анизотропия электро-, магнетосопротивления и тер — предэкспоненциальный коэффициент электромоэдс La0.93Sr0.07MnO3 измерена на цилиндрах с проводности, S0 — кинетический коэффициент. Видно d = 0.9-1.5 mm, L = 5-7 mm, вырезанных вдоль на(см. таблицу), что значения энергий активации термоэдс правлений b и c. Ток направлен вдоль оси цилин ES, электросопротивления E и прыжка W1 зависят дра, а магнитное поле перпендикулярно оси цилиндра.

от кристаллографического направления.

Анизотропия магнетосопротивления кальциевых образНиже 270-300 K характер температурных зависимоцов измерена на монокристаллах, на которых ранее стей электросопротивления и термоэдс в обоих направбыли проведены нейтронные исследования [4,5,16] — лениях меняется. Значения ES, E, и S0 (см. табцилиндрах с диаметром d 4mm и длиной L 10 mm.

лицу) испытывают скачок вблизи 300 K. Поведение Ориентировка образцов проведена рентгеновским методом. Измерения электросопротивления на постоянном токе проведены обычным четырехконтактным методом.

Термоэдс измерена четырехконтактным методом при разности температуры 4-8 K между термопарами.

Образец находился в вакууме, а тепловой градиент был направлен вдоль осей b или c. Коэффициенты линейного расширения La0.93Sr0.07MnO3 исследованы на кварцевом дилатометре ULVAC-SINKU RIKO (Japan) в температурном интервале от 77 до 600 K в динамическом режиме при скорости изменения температуры 2 K/min. Образец имел форму куба с L 5 mm и был ориентирован вдоль основных кристаллографических направлений. Магнитные измерения были проведены в центре магнитометрии Института физики металлов УрО РАН на сквидмагнитометре MPMS-5XL (Quantum Design).

Рис. 1. Температурные зависимости электросопротивления 1 (b, c) и термоэдс (Sc, Sb) монокристалла La0.93Sr0.07MnOВыращен А.М. Балбашовым [13] в Московском энергетическом вдоль осей b и c. На вставке показаны температурные завиинституте.

симости анизотропии электросопротивления и термоэдс S Выращены Л. Пинсард (L. Pinsard) и др. [15] в лаборатории химии твердого тела Парижского университета.

La0.93Sr0.07MnO3.

7 Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 1828 Н.И. Солин, В.А. Казанцев, Л.Д. Фальковская, С.В. Наумов Значение энергии активации электросопротивления E, терНа рис. 3 показаны температурные зависимости коэфмоэдс ES, прыжка W1 и коэффициентов проводимости фициентов объемного V =(a + b + c)/3 и линейнои термоэдс S0 монокристалла La0.93Sr0.07MnO3 вдоль разных го i (i a, b, c) расширения вдоль трех орторомбичекристаллографических направлений ских осей. Хорошо видны их аномалии в трех областях температур:

E,, ES, W1, T, K Ось S1) вблизи температуры Кюри и Нееля T = TC TN meV -1cm-1 meV meV 125-128 K;

400 > T > 300 b 275 18 000 125 150 -2.2) вблизи температуры структурного перехода орc 185 2000 95 90 -1.торомбической O -фазы в псевдокубическую, значение 270 > T > 175 b 155 250 50 100 +0.которой для исследуемого образца можно полагать c 150 300 80 70 -0.(по температуре экстремума V ) равным T00 440 K.

160 > T > 77 b 130 10 - - - При нагреве выше этой температуры наблюдался гистеc 125 40 - - резис в температурных зависимостях i и ac;

3) в области комнатных температур Tps 300 K.

Значения коэффициентов линейного расширения в плоскости ab во всей исследованной температурной 0(T ) и S(T ) имеет вид, характерный для неупорядоченных (стеклообразных) полупроводников, и может быть описано зависящими от температуры и направления значениями ES, E, и S0 (см. таблицу). Термоэдс достигает максимума вблизи TC и уменьшается при дальнейшем понижении температуры.

Температурная зависимость магнитной восприимчивости 0 La0.93Sr0.07MnO3 в парамагнитной области температур 200-300 K приблизительно описывается законом Кюри–Вейсса с эффективным моментом µeff 5.75 µB, превышающим теоретическое значение µeff = 4.80 µB. Дифференциальная магнитная восприимчивость ac La0.93Sr0.07MnO3, измеренная на частоте 80 Hz с амплитудой 4 Oe, имеет приблизительно такой же вид, как и для La0.92Sr0.08MnO3 [8]. Именно вблизи Tps 270 K характер полевой зависимости магнитной Рис. 2. Зависимости относительной дифференциальной восприимчивости резко меняется: при температурах магнитной проницаемости ac(H)/ac(H = 0) монокристалла выше 270 K ac не зависит от напряженности поLa0.93Sr0.07MnO3 от напряженности постоянного магнитного стоянного магнитного поля, а ниже 270 K зависит поля при разных температурах. Сплошные кривые 1 и 2 — (рис. 2). При T < 270 K значение ac резко уменьшается расчет вклада в ac(H) от кластеров с магнитным моментом в области слабых магнитных полей до H0 500 Oe, Mkl = 104 и 3 · 104 µB соответственно.

далее слабо меняется до 3-5 kOe и остается почти постоянным в полях выше 10 kOe. Такое поведение ac обычно наблюдается при внедрении магнитных наночастиц в парамагнитную среду [18].

Отметим, что в целом ряде монокристаллов слаболегированных манганитов лантана La1-xAx MnO3 (A Ca, Ce, Sr, x = 0.07-0.1), в том числе и в нелегированном LaMnO3, в районе комнатной температуры T = 270-300 K, примерно в 2 раза превышающей температуры Кюри и Нееля (TC TN 120-150 K), существенно ниже температуры структурных переходов этих образцов [19], мы обнаружили такие же изменения электрических свойств (энергий активации электросопротивления E и термоэдс ES, предэкспоненциального коэффициента электропроводности и кинетического коэффициента S0 термоэдс, возникновение магнетосопротивления и др.). Эти результаты показывают, что Рис. 3. Температурные зависимости коэффициентов объемноаномалии физических свойств вблизи комнатной темпего (v) и линейного (a–c) расширения вдоль разных кристаллиратуры являются общим свойством слабогелированных ческих осей монокристалла La0.93Sr0.07MnO3 (для наглядности увеличено на величину 5 · 10-6 K-1).

манганитов. значение b Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. Фазовое расслоение и анизотропия электрических свойств слаболегированных манганитов лантана области положительны и близки друг другу (для нагляд- и вклад четвертого порядка: MR K1 sin 2 + K2 sin ности значение b увеличено на величину 5 · 10-6 K-1), (сплошная линия на рис. 3, d — расчет MR по этой что согласуется с симметрией кристалла. Значения c в формуле). В La0.875Ca0.125MnO3 можно выделить кроме широкой температурной области отрицательны, c < 0, „трудного“ направления, где магнетосопротивление т. е. размер образца вдоль оси c уменьшается при мало и положительно ( = 90 на рис. 4), и его нагревании, причем ниже 300 K значения |c| „промежуточное“ направление ( 55-60 и 120-существенно меньше, чем a и b. Выше 550 K на рис. 4), где магнетосопротивление почти не зависит значения i не зависят от кристаллографического наот напряженности магнитного поля.

правления. Хорошо видны аномалии i около TC, причем Зависимость магнетосопротивления от напряженизменения коэффициента линейного расширения здесь ности магнитного поля MR(H) при 77 K для также являются анизотропными: c увеличивается, а a La0.93Sr0.07MnO3 и La0.9Ca0.1MnO3 имеет приблизительи b уменьшаются вблизи TC. Коэффициент объемного но одинаковый характер для всех направлений: MRH расширения испытывает скачок в области 300 K, помонотонно увеличивается с увеличением напряженности чти не меняется до TC, ниже которой уменьшается с понижением температуры.

О резком возрастании магнетосопротивления MRH [(H) - (H = 0)]/(H) монокристалла La0.93Sr0.07MnO3 на постоянном токе в области T 270 K от значений MRH -0.1% до MRH -(2.0 ± 0.5)% в поле H = 17 kOe сообщалось ранее [8].

Pages:     || 2 | 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.