Магнитосопротивление в La0,78Ca0,22MNO3

Интерес к исследованию легированных манга-нитов лантана La 1 _{- x} A _x MnO 3 , (A — двухвалентный элемент A = Ca, Ba, Sr и др.) связан с эффектом колоссального магнитосопротивления (КМС), проявляющегося в резком уменьшении сопротивления этих соединений при приложении внешнего магнитного поля. Максимальная амплитуда эффекта КМС обычно наблюдается в непосредственной окрестности перехода в ферромагнитное (ФМ) состояние, при этом высокие значения температуры Кюри Т с ~ 250 К-450 К открывают широкие перспективы их технологического применения. Следует особо отметить, что физические свойства манганитов лантана оказываются крайне чувствительны к концентрации двухвалентной примеси [1]. В частности, легирование кальцием антиферромагнитного (АФМ) диэлектрика LaMnO 3 приводит к формированию основного ферромагнитного диэлектрического состояния для x >  0 , 13, а затем к переходу в ФМ металлическую фазу при концентрации x ~ 0 , 22 [1]. В составах x ~ 0 , 3 наблюдается максимальная амплитуда эффекта КМС, причём дальнейший рост концентрации кальция x ^ 0 , 5 возвращает систему в АФМ диэлектрическое состояние с другой магнитной структурой (рис. 1).

II.    Методика эксперимента

Традиционно синтез монокристаллических образцов La 1 _{- x} Ca _x MnO ₃ осложняется из-за их крайней чувствительности к наличию различных примесей, включений посторонних фаз, а также достаточно высокой температурой плавления Т ~ 1800-1900 ^о C. Исследуемые в данной работе монокристаллические образцы

La ₀ ,78 Ca ₀ ,22 MnO ₃ выращивались методом бести-гельной зонной плавки с радиационным нагревом, который исключает загрязнение кристаллов материалом тигля [2]. Контроль качества образцов осуществлялся методом рентгеноструктурного анализа.

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 х (С а)

Рис. 1. Фазовая x - T -диаграмма манганитов La 1 - x Ca x MnO 3 [1]. Линиями обозначены границы фазовых переходов. На рис. приведены следующие обозначения: CFA — скошенный АФМ, FI — ФМ-диэлектрик, FM — ФМ-металл, CO — зарядовое упорядочение

Измерения удельного сопротивления р ( Т ) проводились на установке для гальваномагнитных характеристик [3], позволившей достичь высокой точности стабилизации температуры (Д Т — 0 , 01 К-0 , 02 К) и магнитного поля (около A H/H — 10 - ⁵ при 80 кЭ).

III.    Результаты и дискуссия

Для выяснения природы аномальных физических свойств легированного манганита лантана в окрестности концентрационного перехода металл–диэлектрик в работе выполнено исследование магнитосопротивления монокристалла La 0 , 78 Ca 0 , 22 MnO 3 в области температур 60 К < Т <  300 К в магнитных полях до 80 кЭ.

Установлено, что максимальный эффект КМС наблюдается в окрестности температуры Кюри Т с = 183 , 3 К и достигает значений Д р/р = [ р ( н ) - р (0)] /р (0) - 80% (рис. 2). В ФМ-фазе при TC впервые обнаружено сложное поведение магнитосопротивления, характеризуемое переходом от положительного (Др/р > 0 при H < 20 кЭ) к отрицательному магниторезистивному эффекту (Др/р < 0) в больших полях (рис. 2). Кроме того, оказалось, что в ФМ-фазе магнитосопротивление анизотропно и зависит от ориентации магнитного поля относительно легкой (H lib, Др/р min) и трудной (H ||с, Др/р max) осей намагничивания (рис. 2). Указанный эффект наблюдается и в парамагнитной (ПМ) фазе, при этом анизотропия магнитосопротивления практически полностью исчезает при Т > 230 К.

0   20 40 60 80 0   20 40 60 80

Н, кЭ

Рис. 2. Полевые зависимости поперечного магнитосопротивления La 0 , 78 Ca 0 , 22 MnO 3 в ФМ- (а) и ПМ- (б) фазах для ориентации магнитного поля вдоль трудной ( H || c )илегкой( H || b ) осей намагничивания

Эффект КМС, наблюдаемый в манганитах, принято связывать с рассеянием носителей на магнитных поляронах (ферронах), формирующихся на магнитных моментах локализованных ионов

Полупроводниковая электроника 17 марганца [4]. Поэтому в данной работе для описания кривых отрицательного магнитосопротивления (ОМС) использован феноменологический подход, основанный на модели К. Иосиды [5], описывающей рассеяние носителей заряда на локализованных магнитных примесях с учётом s – d обмена. В рамках модели Иосиды отрицательное магнитосопротивление (ОМС) оказывается пропорциональным квадрату намагниченности локализованных магнитных моментов:

• - Д р/р - М ^ - x loc H ² (1)

или с учётом определения намагниченности произведению квадратов локальной восприимчивости χ l_oc и магнитного поля (1).

Выполненная в работе процедура численного дифференцирования полевых зависимостей магнитосопротивления позволила выделить линейный участок на кривых d (Д р/р ) /dH в ФМ- и ПМ-состояниях. На рис. 3 в качестве примера представлены данные для ориентации магнитного поля вдоль трудной оси ( H ||c ).

d (А р /р ) / dH , %

1         10      80 1         10      80

Н, кЭ

Рис. 3. Полевые зависимости производной поперечного магнитосопротивления для магнитного поля вдоль трудной оси. Сплошными линиями выполнена линейная аппроксимация вида A + BH . Для удобства восприятия оси магнитного поля приведены в логарифмическом масштабе

В рамках модели Иосиды из полученных данных выполнена оценка величины локальной магнитной восприимчивости:

X loc ( H,T о )

/ 1 d (Д р ( н,ту/р

^- H dH

Оказалось, что в ПМ-фазе χ loc подчиняется закону Кюри–Вейсса с парамагнитной температурой Кюри О с — 182 К (рис. 4). При этом в ФМ-фазе при TC χloc заметно зависит от направления магнитного поля. Наличие анизотропии локальной восприимчивости в ФМ-фазе следует из анизотропии магнитосопротивления, которая в свою

18 Полупроводниковая электроника очередь, на наш взгляд, определяется эффектами магнитного рассеяния носителей заряда на локализованных магнитных моментах.

Рис. 4. Температурные зависимости локальной восприимчивости для легкой и трудной оси в кюри–вейс-совских координатах x - cС ( T )• Сплошная линия соответствует аппроксимации законом Кюри–Вейсса с температурой Кюри О с ~ 182 К

IV.    Заключение

В работе выполнено исследование магнитосопротивления для монокристаллического La 0 , 78 Ca 0 , 22 MnO 3 . В рамках феноменологического подхода, основанного на применении модели Иосиды, проведён анализ данных ОМС и оценена величина локальной восприимчивости. Обнаружено, что x ioc подчиняется закону Кюри-Вейсса с температурой Кюри Θ C ∼ 182 К.

Работа выполнена в рамках проекта РФФИ 05-08-33463.