Введение к работе
Актуальность темы. Возникший в начале 90-х годов XX века огромный интерес к исследованию легированных манганитов со структурой перовскита был вызван открытым в них 1993 году эффектом отрицательного колоссального магнитосопротивления (КМС), и в первую очередь с возможностью их применения в датчиках магнитного поля, головках магнитной записи и считывания высокой плотности, устройствах хранения больших объемов информации, металлодетекторах, сенсорах и т.д. В то же время манганиты представляют собой превосходный модельный объект для исследования фундаментальных физических свойств сильно коррелированных электронных систем. Как показывают исследования последних лет, в манганитах проявляется глубокая взаимосвязь магнитной, решеточной и электронной подсистем твердого тела. К тому же оказалось, что в манганитах магнитные и обменные взаимодействия являются ведущими и определяют электронные и решеточные свойства кристалла. Следствием этого является богатая фазовая диаграмма манганитов, особенно в магнитном поле.
Пока не существует общепринятой теоретической модели, которая могла бы объяснить все многообразие свойств соединений с эффектом КМС. В предлагаемых теоретических концепциях в основе физического объяснения КМС лежит механизм двойного обмена, который дает качественную картину возникновения ферромагнетизма, металлической проводимости и КМС в перовскитах. Однако исследования последних лет показывают, что для объяснения эффекта КМС и других свойств манганитов необходимо привлечь, кроме механизма двойного обмена, и взаимодействие электронов с искажениями кристаллической решетки, вызванным эффектом Яна-Теллера. Очевидно, что требуются новые экспериментальные данные с применением прецизионных экспериментальных методик. Такие вопросы, как влияние флуктуации на теплоемкость, электросопротивление и другие свойства манганитов, имеющие большое значение для уточнения механизма КМС в окрестности Тс, вообще экспериментально не затрагивались. Остаются недостаточно исследованными тепловые свойства манганитов, тогда как результаты таких исследований в манганитах могут пролить свет на некоторые особенности взаимодействия электронов с искажениями кристаллической решетки, вызванными эффектом Яна-Теллера и способствовать пониманию причины возникновения КМС в перовскитных манганитах.
Еще один немаловажный аспект состоит в следующем. Часто различные физические свойства измеряются на различных сериях образцов. И поэтому однозначно установить связь между этими свойствами бывает трудно, так как различные серии образцов могут различаться режимами получения (температура и время отжига для керамических образцов), гомогенностью состава, стехиометрией, которая трудно поддается контролю и точному измерению и т.п., и, соответственно, все эти параметры могут влиять на измеряемые характеристики. Комплексное исследование различных тепловых характеристик
рос. национальная] 8и6лиотека л
СП«*|Л)к»- Ом \ з
о» милЦмІдг X
манганитов одной серии может дать результаты, которые помогут нам глубже понять физику манганитов.
Цель работы - исследование влияния термодинамических флуктуации и искажений кристаллической решетки на температурные и полевые зависимости тепловых и транспортных свойств манганитов (Sm, La)i_xSrxMn03 в окрестности фазовых переходов.
Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
Измерить теплоемкость и кинетические коэффициенты манганитов самария Srni.xSrxMn03 в широкой области температур, магнитных полей и концентраций примеси, и в окрестности фазовых переходов.
Изучить особенности тепло- и электропереноса в манганитах Lai.xSrxMn03 И Sm!.xSrxMn03 вблизи температуры фазовых переходов и влияния на них магнитного поля.
Исследовать магнитокалорический эффект в манганитах Smi.xSrxMn03 в зависимости от уровня легирования, температуры и магнитного поля.
Практическая ценность работы
Манганиты с эффектом КМС имеют ясные инновационные перспективы как функциональные материалы для криотехники, датчиков в бытовой и промышленной электронике, для развития информационных технологий. Поэтому установление механизмов и особенностей электро- и теплопроводности и влияния на них внешних факторов представляют несомненную практическую ценность. Кроме того, представленные в работе экспериментальные данные могут сыграть важную роль при построении теоретических моделей фундаментальных физических процессов, происходящих в манганитах. Особую значимость имеют обнаруженные нами эффекты влияния термодинамических флуктуации на возникновение колоссального магнитосопротивления в манганитах. Сделанные нами на основе проведенных исследований выводы внесут определенный вклад в развитие физики фазовых переходов, и уже находят практическое применение при разработке рабочих тел холодильных машин на основе Гейсслеровских сплавов.
Результаты исследований внедрены в учебный процесс в Дагестанском государственном университете и используются при чтении спецкурсов на кафедре магнетизма и физики фазовых переходов.
Научную новизну и значимость диссертации определяют основные положения, которые автор выносит на защиту:
Новое объяснение природы температурных гистерезисов различных физических характеристик манганитов самария. Гистерезисы обусловлены скачкообразным изменением Тс при фазовом переходе "ферромагнетик О парамагнетик" из-за гигантской спонтанной магнитострикции.
Экспериментальные результаты по влиянию флуктуации магнитного параметра порядка на теплоемкость и электропроводность манганитов
Sni|.xSrKMn03 и их количественная оценка. Кроссовер от поведения теплоемкости SmossSlo^MnCb в соответствии с теорией фазовых переходов Ландау в нулевом поле, к поведению теплоемкости в сильном магнитном поле, в соответствии с флуктуационной теорией фазовых переходов.
Анизотропия «колоссального магнитосопротивления» Smi.xSrxMn03, зависящая от взаимной ориентации приложенного магнитного поля и электрического тока, протекающего по образцу.
Полные данные о теплопроводности керамических образцов Smi.xSrxMn03, которые показали, что теплопроводность этих материалов имеет преимущественно фононный характер, аномальный для
кристаллических твердых тел температурный ход (—>0) выше 7с, а при
переходе в ферромагнитную упорядоченную фазу резко возрастает
вследствие ослабления рассеяния фононов на искажениях Яна-Теллера,
которые спонтанно уменьшаются при переходе в ферромагнитное
состояние.
Результаты исследования влияния магнитного поля на теплопроводность манганитов. Впервые показано, что под действием магнитного поля при Т>Тс фононная составляющая теплопроводности SlTlossSl^sMnOs растет, что не характерно для кристаллических твердых тел. Это объясняется влиянием магнитного поля, под действием которого происходит восстановление разрушенного температурой магнитного и связанного с ним структурного порядка, характеризуемого снятием ян-теллеровских искажений, на которых рассеиваются фононы.
Результаты исследования температурной зависимости теплопроводности манганитов Lai-xSrxMn03 в области фазовых переходов. Установлено, что в окрестности температуры фазового перехода парамагнетик-ферромагнетик теплопроводность монокристаллов Lai_xSrxMn03 (х=0.175 и 0.20) резко падает вследствие рассеяния фононов на флуктуациях магнитного параметра порядка, а при переходе в ферромагнитную фазу растет, что связывается с ослаблением рассеяния фононов на искажениях Яна-Теллера.
Результаты исследований магнитокалорического эффекта в манганитах самария прямым методом.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: XXXII Всероссийском совещании по физике низких температур (Казань, 2000г.); Международной конференции «Фазовые переходы и критические явления в конденсированных средах» (Махачкала, 1998,2000,2002, 2004 гг.); XVIII и XIX Международной школе-семинаре «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (Москва, 2002, 2004 гг.); Международном симпозиуме «Порядок, беспорядок и свойства оксидов» (Сочи, 2003г.), Международном симпозиуме «Фазовые переходы в твердых растворах» (Сочи 2003г.); First Regional Conference on Magnetic and Superconducting Materials,
Tehran, 1999; Euro-Asian Symposium 'Trends in magnetism" EASTMAG-2001 Ekaterinburg, Moscow International Symposium on Magnetism dedicated to the 250 anniversary of Moscow State University June 20-24, 2002; International Conference on Magnetism Incorporating The Symposium on Strongly Correlated Electron System, Roma, Italy, July 27 - August 1,2003 и отражены в 20 научных публикациях.
Результаты работы обсуждались на научных семинарах лаборатории физики низких температур и сверхпроводимости и общеинститутских семинарах.
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 20 работах. Список публикаций приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 132 страницах, иллюстрирована 63 рисунками и 3 таблицами. Список цитируемой литературы содержит 133 ссылки.
Работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка цитируемой литературы.
