WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

чествах ионы Mn3+ и Mn4+. Судя по более высокой интенсивности в области A1 по сравнению с A0 и Следует обратить внимание, во-первых, на различие учитывая длины связей Mn-O для разных зарядовых интервалов изменений соотношения I+/I- (узкий — состояний Mn2+, Mn3+ или Mn4+, кривые прис. 5 от 0.2 до 0.3 в случае 725C, и широкий — от 0 до 7.позволяют заметить, что в случае TS = 725C в класте- для 625C); во-вторых, на качественные особенности ризованной структуре явная асимметрия в соотношении сопоставляемых кривых (флуктуирующих в небольших разновалентных ионов марганца (плоскости в области A0 пределах относительно средних значений для образца с с меньшими d соответствуют более ионизированным TS = 725C или же односторонние, преимущественно со ионам, а в A1, с большими d, — менее ионизированным). стороны (I+/I-) > 1, для TS = 625C).

Журнал технической физики, 2004, том 74, вып. 62 З.А. Самойленко, В.Д. Окунев, Е.И. Пушенко, Т.А. Дьяченко, О.П. Черенков, R. Szymczak...

плоскостях, но они имеют противоположный характер зависимости I(d - dmax). Поэтому, когда в одной из структурных групп (например, в A1) преобладают напряжения растяжения, в другой (A0) — напряжения сжатия, то магнитное упорядочение во внешнем поле может начинаться при более высоких температурах, что объясняет более высокие значения температуры Кюри для пленок с TS = 725C по сравнению с TC для TS = 625C, где преобладают напряжения одного знака (рис. 1), но более низкие значения намагниченности насыщения M(H) =const, соответствующие 250 Gs для пленок с TS = 725C или 500 Gs для пленок c TS = 625C (рис. 7).

Сильные различия кривых на рис. 7 подтверждают кластерную природу магнитных взаимодействий.

Под влиянием внешнего магнитного поля в кластерных группировках A1 и A0 этих образцов будет устанавливаться магнитный порядок различной ориентации (по крайней мере это кристаллографически разориентированные группы плоскостей (202) и (004), имеющие Рис. 7. Петли гистерезиса для пленок LaCaMnO, различаю- неравные интенсивности, как это видно из дифракцищихся температурой роста TS = 625 (1) и TS = 725C (2). онной картины на рис. 5), что подтверждается меньшими значениями намагниченности насыщения пленок с TS = 725C, чем с TS = 625C (рис. 7), несмотря на меньшую концентрацию металлической фазы образцов, С учетом того, что интенсивность диффузного расвыращенных в области низких температур (< 650C).

сеяния пропорциональна числу рассеивающих центров Idif N, сравнение интервалов изменений соотношения I+/I- для анализируемых образцов (рис. 6) доказы- Электрические свойства образцов вает, что в случае низкотемпературного роста пленки (TS = 625C) реализовался атомный порядок с наличи- В зависимости от температуры роста пленок LaSrMnO и LaCaMnO наблюдаются два основных вида ем резких перепадов в заполнении кластеризованных зависимостей электрического сопротивления от темобластей структуры плоскостями, различающимися вепературы. В образцах с ромбоэдрической структурой, личинами межплоскостных расстояний d. Относительхарактеризующейся наличием малых кластеров с металная интенсивность от группы „растянутых“ плосколической проводимостью в основной диэлектрической стей с d =(dmax + 0.06) в 7 раз выше по сравнематрице при T < Tcrit = 130-160 K вместо зависимостей нию с симметричной группой „сжатых“ плоскостей с вида e-(T /T )1/n, свойственных закону Мотта (n = 4) d =(dmax - 0.06) в области A0 и в 4 раза выше от или гранулированным системам (n = 2), на кривых (T ) группы плоскостей с d =(dmax + 0.09) по сравнению с d =(dmax - 0.09) в области A1. Для высокотемпе- манганитов LaSrMnO, PrCaMnO и др. [10,11] наблюдаратурных (725C) образцов наблюдаются более плав- ются участки, имеющие характер насыщения, где их температурный коэффициент сопротивления приближается ные, периодические изменения в микроструктуре обеих к нулю, т. е. (T ) =const.

групп при небольшом перевесе „сжатых“ плоскостей с Природа участков (T ) const обусловлена превраd < dmax (преобладают значения (I+/I-) < 1).

щением кластеров малых размеров с металлической Представленные результаты (рис. 5, 6) позволяют выпроводимостью при низких температурах (T < Tcrit) сказать предположения о возможных механизмах учав систему туннельно-связанных квантовых точек с стия в магнитном упорядочении структурных объедидискретным (атомоподобным) энергетическим спекнений кластеров, проявляющихся на дифракционных тром [10–17]. Наиболее вероятным механизмом считакратинах в виде областей A1 и A0. На основании выется упругое туннелирование между квантовыми точявленных зависимостей (I+/I-) = f (dmax - d) для дифками в условиях эффекта Кондо, который обеспечивает фузного рассеяния от пленок с TS = 625C (рис. 6), возникновение окна в кулоновской блокаде [4]. Сам эфсвидетельствующих о больших внутренних напряженифект (T ) =const определяется размером кластеров D, ях и высокой анизотропии в атомно-кристаллическом концентрацией свободных дырок p, от которых зависит строении обеих (A0 и A1) группах Mn-O плоскостей, энергетический интервал между уровнями размерного можно утверждать, что в кластеризованной структуре квантования, и расстоянием между кластерами L.

ромбоэдрической фазы (625C) имеются благоприятные связана с D и плотностью состояний на уровне Ферми условия для магнитного упорядочения как в случае N(EF) формулой ZFC-, так и в случае FC-измерений (рис. 1). В плен-ках орторомбической фазы (725C) меньшие различия = D3 · N(EF) D3p/EF.

в плотности рассеивающих центров в сравниваемых Журнал технической физики, 2004, том 74, вып. Влияние кластеризованной структуры эпитаксиальных пленок LaCa(Sr)MnO на их магнитные... то с увеличением размера кластера критическая температура должна уменьшаться. В случае малых кластеров даже в низкоомных пленках La2/3Ca1/3MnO( 0.2 · cm на участке (T ) const), выращенных при TS = 625C, могут наблюдаться высокие ( 180 K) критические температуры (рис. 8, a).

Повышение температуры роста до 725C приводит к качественному изменению зависимости R(T ), которая вместо участка насыщения при T < 180 K приобретает привычный вид кривой с максимумом при T = 180 K и минимумом при T = 28-30 K (рис. 9).

Увеличение TS от 625 до 725C сопровождается также и ростом сопротивления пленок в 2-8 раз в зависимости от температуры измерений. Известно, что в манганитах переход диэлектрик-металл в окрестности температуры Кюри, как правило, не реализуется и сходство зависимостей R = R(T ) при наличии магнитного упорядочения с поведением сопротивления металлов имеет формальный характер, а величины электропроводности существенно ниже минимальной металлической проводимости min [18,19]. Поскольку электропроводность обусловлена гибридизированными p- и d-состояниями, значение min должно находиться между 102 и 103 -1 · cm-1. Для исследуемых пленок при T = 290 K имеем = 15 -1 · cm-1 (TS = 625C) и 5 -1 · cm-1 (TS = 725C), т. е. на один-два порядка меньше ожидаемого значения min.

Электропроводность пленок с TS = 625C больше по сравнению с для TS = 725C в 2.7 раза при T = 290 K и в 2.3 раза при T = 5 K. Это говорит о том, что концентрация металлических кластеров в пленках Рис. 8. a — температурная зависимость сопротивления для пленок LaCaMnO (1) с TS = 625C и YBaCuO (2) после лазерного облучения 5 импульсами с плотностью энергии 135 mJ/cm2; b — увеличенное изображение участков кривых и 2 в области R(T) =const.

Используя данные о концентрации металлической фазы Cm и о среднем размере кластеров D в образцах с TS < 625C, ранее были вычислены параметры квантовых точек. Так, для Cm = 0.02-0.05 и D = 20-50 и концентрации дырок p 3 · 1021 cm-имеем = 10-2-10-1 eV, что объясняет значение Tcrit = 160 K [10].

Если для объяснения природы участка (T ) =const взять простейшую модель, согласно которой темпераРис. 9. Температурная зависимость сопротивления для пленки турная зависимость сопротивления образцов выходит на LaCaMnO с TS = 725C. На вставке — спектры оптического насыщение, когда тепловая энергия становится меньше пропускания для пленок LaSrMnO робмоэдрической структуры расстояния между уровнями размерного квантования (TS = 600C) в исходном(1) и после лазерного облучения (2) состояниях, а также спектр для орторомбической структуры -1 - D3 · N(EF) D3 p/EF > kT, (TS = 730C) (3).

Журнал технической физики, 2004, том 74, вып. 64 З.А. Самойленко, В.Д. Окунев, Е.И. Пушенко, Т.А. Дьяченко, О.П. Черенков, R. Szymczak...

с TS = 625C выше; они обеспечивают более высокие кластерами выросло на 30%, что ослабляет магнитное значения намагниченности при низких температурах в взаимодействие между ними. В то же время увеличесостоянии магнитного упорядочения (рис. 3). В то же ние L компенсируется уменьшением Ec и соответствующим ослаблением кулоновской блокады. В результате время ромбоэдрическая структура дает более низкую энергия обменного взаимодействия между кластерами температуру Кюри.

Для всех исследуемых образцов основным механиз- увеличивается (этому способствует и рост плотности состояний, обусловленный увеличением доли ортороммом электропроводности в области как умеренных, так и бической фазы по сравнению с ромбоэдрической при низких температур является туннелирование. Это предоблучении пленок [3]).

положение подтверждается характером температурных На рис. 8, b для образца LaCaMnO с TS = 625C зависимостей магнитосопротивления [3]: оно монотонно кривая R(T) приведена в большем масштабе для участка убывает с повышением температуры, что свойственно R(T) =const (полная зависимость R(T ) приведена на спин-зависящему туннелированию [20,21]. При туннелирис. 8, a). Видно, что соотношение R(T ) =const выровании электрона между металлическими кластерами полняется лишь приблизительно: на кривой имеются через высокоомные прослойки в диэлектрической матмаксимум при T = 119.5 K и минимум при T = 34.5K.

рице удельное сопротивление равно Однако сопротивления в минимуме и максимуме различаются всего на 1.5%; для пленки с TS = 725C = 0 · exp(L/L0), это различие составляет 500%. В области максимугде L — среднее расстояние между гранулами. ма R(T ) реализуется равновесие тепловой энергии Если кластеры имеют плоскую форму (толщина со- и энергии туннельной связи между кластерами W :

ставляет 1/3 от линейного размера D), то, используя kTmax = W.

экспериментaльно полученные величины концентрации Таким образом, магнитное упорядочение влияет и кластеров Cm (из сравнений интегральных интенсивно- на электропроводность системы туннельно-связанных квантовых точек, что проявляется в наличии максимустей Iclust/Icoh), находим расстояние между кластерами ма и минимума на кривых R(T ). Из-за дискретности L = D(3C-1/3 - 1).

энергетического спектра, когда кластеры играют роль m квантовых точек, это влияние в манганитах с TS = 625C При размерах кластеров D для пленок слабое, но экспериментально выявляемое. Сравнение La2/3Ca1/3MnO3 имеем следующее (см. таблицу).

показывает, что поведение образцов LaSr(Ca)MnO с Следует полагать, что механизм магнитного упорядомагнитными кластерами, имеющих участки (T ) =const чения в образцах с неоднородной структурой обусловлен с немонотонными изменениями (T ), существенно отлитуннельной связью между ферромагнитными кластерами чается от поведения немагнитных пленок YBaCuO [15], в антиферромагнитной матрице. Энергия связи W снидля которых такой немонотонности нет (кривые 2 на жается с увеличением расстояния между ними рис. 8).

Сравнение спектров оптического пропускания исслеW = W0 · e-(L/L ).

дуемых пленок (вставка к рис. 9) указывает на количественные и качественные различия. Следует отметить Вероятность туннелирования электронов между кланаличие участков, обусловленных поглощением свободстерами во многом будет определяться эффектами, свяными носителями заряда (снижение t с уменьшением занными с кулоновской блокадой, которые обусловлива <0.8eV) для пленок с ромбоэдрической структурой ют электропроводность гранулированных систем [4], и (TS = 600C) в исходном состоянии и после лазерного также экспоненциально зависеть от зарядовой энергии облучения. В спектрах образцов с орторомбической структурой (TS = 730C) этот участок не виден, поEc = e2/D, скольку для данного типа структуры механизм поглощения свободными носителями проявляется лишь при где e — заряд электрона, — диэлектрическая прони <0.2eV [22].

цаемость.

Судя по величинам пропускания t в области При облучении концентрация металлической фазы <0.8 eV, характеризующей металлическую проводиувеличивается почти вдвое, что должно благоприятно мость, плотность состояний для ромбоэдрической струксказываться на магнитных свойствах образцов. Однатуры ниже по сравнению с орторомбической. При этом ко, как видно из таблицы, среднее расстояние между энергия Ферми EF = 0.8eV для R-фазы существенно выше, чем E1 0.2eV для O-фазы. Описанные ранее сужение петли гистерезиса и увеличение намагничен TS, C Состояние D, Cm, % L, ности насыщения образцов после лазерного облучения (рис. 2), способствующего R O фазовому перехо625 Исходное 70 6.7 49.ду [3], следует связать с увеличением плотности элек625 LP 150 11.24 65.тронных состояний, ответственных за металлическую 725 Исходное 110 12 44.проводимость и ферромагнетизм.

Журнал технической физики, 2004, том 74, вып. Влияние кластеризованной структуры эпитаксиальных пленок LaCa(Sr)MnO на их магнитные... Выводы [9] Мицек А.И. // Металлофизика и новейшие технологии.

1999. Т. 21. № 10. С. 3–22.

[10] Окунев В.Д., Пафомов Н.Н., Исаев В.А., Дьяченко Т.А., В результате проведенных исследований намагниченKlimov A., Lewandowski S.J. // ФТТ. 2002. Т. 44. Вып. 1.

ности, электропроводности и структуры монокристаллиС. 150–154.

ческих пленок манганитов LaCa(Sr)MnO показано, что [11] Прохоров В.Г., Каминский Г.Г., Флис В.С., Янг Пак Ли. // различие зависимостей M(T ), M(H), R(T ) обусловлено ФНТ. 1999. Т. 25. № 10. С. 1060–1066.

разнообразием атомного порядка в семействах Mn-O, [12] Горбенко О.Ю., Демин Р.В., Кауль А.Р., Королева Л.И., плоскостей металлических кластеров в диэлектрической Шимчак Р. // ФТТ. 1998. Т. 40. № 2. С. 290–294.

матрице.

[13] Гавико В.С., Архипов В.Е., Королев А.В., Найш В.Е., На основании анализа диффузного рассеяния рентМуковский Я.М. // ФТТ. 1999. Т. 41. Вып. 10. С. 1060–1066.

геновских лучей выявлены две структурные группы [14] Okunev V.D., Samoilenko Z.A., Svistunov V.M., Abal’oshev A., Dynowska E., Gierlowski P., Klimov A., Lewandowski S.J. // кластеров: с большими межплоскостными расстояниями J. Appl. Phys. 1999. Vol. 85. N 10. P. 7282–7290.

d = 2.52-2.05 и с малыми d = 2.05-1.86 ортором[15] Окунев В.Д., Самойленко З.А., Исаев В.А., Klimov A., бической и ромбоэдрической фаз.

Lewandowski S.J. // ПЖТФ. 2002. Т. 28. № 2. С. 12–20.

С помощью детального изучения диффузного рассея[16] Глазман Л.И., Райх М.Э. // Письма в ЖЭТФ. 1988. Т. 47.

ния рентгеновских лучей показано, что в пленках ромбоС. 378.

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.