Влияние сильного s-d обмена на физические свойства манганитов и хромовых халькошпинелей Абрамович Анна Ивановна

Содержание к диссертации

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА 1. НЕОДНОРОДНЫЕ МАГНИТНЫЕ СОСТОЯНИЯ В МАГНИТ
НЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ (анализ литературы) 18

1. Применение модели s-d обмена к магнитным полупроводникам 18

2. Теоретические модели, описывающие физические свойства манганитов , 24

ГЛАВА 2. СИНТЕЗ ОБРАЗЦОВ. ЭКПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ 35

2.1 Синтез образцов 35

3. Синтез халькохромитов меди 35

4. Кристаллографические свойства хромовых халькошпинелей 37

5. Кристаллическая структура и синтез манганитов редкоземельных металлов 43

6. Получение тонких пленок и их кристаллографические

свойства 47

2,2. Экспериментальные методики 54

7. Измерение магнитных характеристик , 54

8. Измерение электро- и магнитосопротивления 57

9. Измерение теплового расширения и магнитострикции 57

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАНГАНИТОВ
РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ
СИЛЬНЫМ s-d ОБМЕНОМ 59

10. Введение 59

11. Взаимосвязь магнитных, магнитоупругих и транспортных свойств Ndi._xSr_xMn0₃ (х = 0.33, 0.45) манганитов 62

12. Колоссальное магнитосопротивление монокристалла Lai_/3Ndi/₃Sri/3Mn03 при комнатной температуре ..76

3.4. Влияние зарядовоупорядоченной фазы на магнитные,
гальваиомагнитные и магнитоупругие свойства
Smi„_xSr_xMn0₃ манганитов 79

13. Магнитные свойства Smi__xSr_xMn03 манганитов 83

14. Магнитоупругие свойства Smi__xSr_xMn03 манганитов 90

15. Электрические и гальваномагнитные свойства Зтп.ь_х5г_хМпОз манганитов , 95

16. Нестабильность магнитоупругих свойств Smi__xSr_xMn03 манганитов ., 95

17. Магнитокалорический эффект в Smo.4Sio.6Mn0₃ манганите 98

18. Природа магнитоупругих и гальваномагнитиых свойств Sm^St-хМпОз (х = 0.33, 0.40, 0.45) манганитов 103

3.5. Влияние параметра беспорядка на магнитные, электрические,
гальваномагнитные и магнитоупругие свойства Re₀.₅5Sr₀,45MnO3

(Re = Sm, Eu₀.4oNclo.i5j ) манганитов 109

3.6. Физические свойства европий содержащих манганитов .122

19. Неоднородное магнитное состояние в Eui__xA_x МпОз (A-Ca,Sr;x = 0,0.3) 123

20. Особенности физических свойств Eu₀j5Sr₀.45MnO3 манганита 130

3.7. Влияние редкоземельного иона на физические свойства

манганитов 141

3.8. Выводы к главе 3 , 143

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ПОДЛОЖКИ НА МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ ПЛЕНОК La₀,35Ndo.35Sro.3Mn0₃

4.1. Введение 147

4.2 Магнитные и электрические свойства монокристаллических

эпитаксиалъных пленок LaojjNdojsSro.sMnOs 148

3. Природа колоссального магнитосопротивления монокристаллических эпитаксиальных пленок 156

4. Выводы к главе 4 162

ГЛАВА 5. ОСОБЕННОСТИ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ХРОМОВЫХ ХАЛЬКОШПИНЕЛЕЙ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ СИЛЬНЫМ s-d ОБМЕНОМ. ПОИСК МАГНИТНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ С ТОЧКАМИ КЮРИ ВЫШЕ КОМНАТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ..165

5Л. Введение 165

5.2. Неоднородное магнитное состояние в системе твердых

растворов xCuCr₂S4~Cl-x)Cuo.5Al₀.5Cr2S4 166

5. Магнитные полупроводники с точками Кюри выше комнатной температуры в системе твердых растворов Cu_xMni._xCT₂S4 176

6. Выводы к главе 5 182

ГЛАВА 6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДОКАЗАТЕЛЬСТВА ФАЗОВЫХ
ПЕРЕХОДОВ СПИНОВОЕ СТЕКЛО - ПАРАМАГНЕТИЗМ И
СПИНОВОЕ СТЕКЛО - ДАЛЬНИЙ МАГНИТНЫЙ ПОРЯДОК
В ХРОМОВЫХ ХАЛЬКОШПИНЕЛЯХ 184

1. Введение 184

2. Основные свойства полупроводниковых спиновых стекол и возвратных спиновых стекол системы твердых растворов ^CuCr₂Se4-(l-x)Cuo.5Meo,5Cr2Se₄ (Me = In, Ga) и спинового

стекла Cu2/3Gei/3Cr₂S4 186

6.3. Критическое поведение полупроводниковых спиновых
стекол Cu2eGei_/3Cr₂S4H xCuCr2Se4-(l~x)Cuo₁5Me₍}_i5Cr2Se4

(Me = In,Ga;0

3. Статический скейлинг 208

4. Динамический скейлинг 217

А Взаимосвязь магнитных и электрических свойств в Cu2/3Gei/₃Cr₂S4
и системе твердых растворов xCuCr₂Se4-(l-x)Cuo.5Me₀.₅Cr₂Se4
(Me = In, Ga). Колоссальное магнито сопротивление в спиновых
стеклах и возвратных спиновых стеклах 225

5. Анализ зависимости магнитосопротивления спиновых стекол и возвратных спиновых стекол системы твердых растворов xCuCr₂Se4-(l-x)Cuo.5Meo.₅Cr2Se4 (Me = In, Ga) от квадрата намагниченности и величины магнитного поля 234

6. Причины, приводящие к возникновению состояния спинового стекла в халькохромитах меди 242

7. Выводы к главе 6 246

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 248

БЛАГОДАРНОСТИ 252

ЛИТЕРАТУРА 253

АВТОРСКИЕ ПУБЛИКАЦИИ 283

Введение к работе

Изучаемые в данной работе магнитные полупроводники (МП): маиганиты редкоземельных металлов и хромовые халькогенидные шпинели (классические МП типа CdCr₂Se₄) представляют большой интерес для физики магнитных явлений и физики конденсированного состояния. Этот интерес обусловлен их уникальными физическими свойствами, в первую очередь, колоссальным магнитосопротивлением (КМС), которое наблюдается в этих материалах в районе температуры Кюри Т_с (см. обзоры 1-13, и монографии 14-19). Эффект КМС интересен как с практической, так и с теоретической точек зрения. Материалы, обладающие КМС, могут быть применены в различных сенсорных устройствах. Для этого они должны иметь большую величину магнитосопротивления (МС) в слабых магнитных полях в достаточно широком температурном интервале вблизи комнатной температуры. В настоящее время известно немного материалов, удовлетворяющих этим требованиям.

Другое направление в исследовании манганитов связано с перспективой их применения в спинтронике. Высокая спиновая поляризация носителей заряда в этих материалах дает возможность их использования в качестве источников поляризованных электронов.

Природа КМС в МП до сих пор окончательно не выяснена. Поэтому экспериментальное и теоретическое изучение КМС в материалах, обладающих различными структурными и электронными свойствами (мангаиитах и халыюшпинелях), дает уникальную возможность более глубокого понимания этого эффекта. Обычно КМС в классических МП объясняется существованием сильного s-d обмена и вызванного им магнитно-двухфазного состояния (МДФС) [1, 2, 16, 17]. В отличие от классических МП, в манганитах картина усложняется существованием эффекта Яна-Теллера, вызывающего локализацию носителей заряда; относительной мягкостью решетки, которая изменяется под действием магнитного поля, давления и температуры; наличием зарядового и орбитального упорядочения. На

основании этого были выдвинуты другие гипотезы для объяснения особенностей удельного электросопротивления и КМС в манганитах редкоземельных металлов, например, переход от двойного обмена Зинера к поляронному типу проводимости в районе Тс [20, 21], плавление зарядово-упорядоченного состояния под действием магнитного поля [10, 22] и другие. Однако ни одной из этих гипотез не удается объяснить природу КМС. В последнее время широко обсуждается механизм электронного фазового разделения в манганитах редкоземельных металлов, вызванный сильным s-d обменом [1, 2, 5, 6, 17], т.е. механизм, аналогичный МДФС, наблюдаемому в классических магнитных полупроводниках, в том числе и в хромовых хальконшинелях.

Непосредственные доказательства существования в манганитах редкоземельных металлов ферромагнитной (ФМ) металлической фазы и фазы с локализованными носителями заряда были получены из экспериментов по нейтронному рассеянию, электронной дифракции, туннельной микроскопии, ЯМР, ФМР, изучению оптических свойств и подробно описаны в обзоре [3] и монографиях [14, 15, 17].

Большой интерес вызывают упругие и магнитоупругие свойства манганитов редкоземельных металлов. В некоторых материалах в районе Т_с, кроме КМС, обнаружены аномалии теплового расширения и объемной магнитострикции [23, 24, А1-А10], которые являются гораздо менее изученными, чем КМС. Предполагается, что магнитострикция может быть связана с нестабильностью зарядового или орбитального упорядочения, нестабильностью магнитного или электронного упорядочения [24], или со сжатием решетки в ФМ части кристалла, находящегося в МДФС [23, А1-А10]. Отметим, что материалы, обладающие гигантской магнитострикцией, могут найти применение в устройствах, преобразующих механическую энергию в электрическую.

МП характеризуются сильным взаимодействием электронной и спиновой подсистем (в случае классических МП) и электронной, спиновой и решеточной подсистем (в случае манганитов), приводящим к разнообразным

фазовым переходам и различным типам упорядочения. В них наблюдаются переходы металл-диэлектрик, различные типы магнитного упорядочения, а в манганитах, кроме того, структурные переходы и различные типы орбитального и зарядового упорядочения. В частности, и в классических МП, и в манганитах редкоземельных металлов наблюдается состояние спинового стекла (СС), которое само по себе является актуальнейшей проблемой физики конденсированного состояния. Несмотря на огромное число экспериментальных и теоретических работ по СС, основные проблемы СС состояния остаются пока нерешенными: не построена количественная теория СС; не решен вопрос о природе СС фазы; не имеет общего решения и вопрос о существовании термодинамического фазового перехода при температуре замораживания Т/, хотя результаты экспериментов указывают на его существование в ряде СС (см. обзоры [25-27] и монографию [15]).

Следует отметить, что до начала настоящей работы были известны, в основном, металлические СС, в которых СС состояние обусловлено косвенным обменом через электроны проводимости (РККИ обмен). Исключение составляли СС - изоляторы Eu_xSrj._xS [28], аморфный алюмосиликат марганца [29] и полупроводниковые СС системы xCuCizS ^-(1-x)Gao.67Cr₂S₄ [30]. Многие теоретические модели СС состояния, описанные в обзорах [31-37], разработаны для короткодействующих обменных взаимодействий (например, модель Эдвард са-Анд ер сона [38]), и, следовательно, для их проверки более подходящими являются полупроводниковые СС, в которых обменные взаимодействия, как правило, являются короткодействующими (в отличие от металлических СС, в которых РККИ обмен является далы-юдействующим). Поэтому изучение состояния СС в новых полупроводниковых системах является актуальным.

Изучение СС важно и с практической точки зрения. СС служат хорошей моделью для ряда задач в смежных областях науки, например, теории оптимизации и организации параллельных вычислений в компьютерных сетях. Большой интерес СС представляют в связи с введенной на их основе моделью действия нейронных сетей при организации

нелокальной памяти, устойчивой к дефектам структуры и обладающей точностью и быстротой обработки информации. В этом случае аморфному конгломерату нейронов, связь между которыми осуществляется через синапсы, сопоставляется спинстеклообразиая система изинговских спинов, связанных короткодействующими обменными взаимодействиями [39]. Существует возможность создания "серой " памяти на основе СС [40]. Исходя из вышесказанного, целью данной работы является:

1. Выяснение природы КМС в магнитных полупроводниках: хромовых халькошпинелях и манганитах редкоземельных металлов; и гигантской магнитострикции в последних.

2. Поиск магнитных полупроводников с точками Кюри выше комнатной температуры, обладающих КМС.

3. Поиск полупроводниковых СС среди хромовых халькошпинелей, экспериментальное доказательство существования в них фазовых переходов СС - парамагнетизм (ПМ) и СС - дальний магнитный порядок, выяснение природы спинстеклообразной фазы.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

4. Проведено изучение магнитных, электрических и упругих свойств манганитов редкоземельных металлов: керамик Rei^Sr^MnCb (Re = Nd, х = 0.33, 0.40; Re = Sm, х = 0.33, 0.40, 0.45), Eu,._xA_xMn0₃ (A = Ca, x = 0.3; A = Sr, x = 0.3, 0.45), Euo.4oNdo._l5Sro.45Mn03, Tbo^NdasoSr^MnOa, монокристаллов Ьаі/зШ_1/38г_шМпОз и Sra₀.55Sr_0>4₅MnO₃, монокристаллических эпитаксиальных пленок La₀.35Ndo.35Sro.₃Mn0₃ на различных подложках.

5. Изучены магнитные и электрические свойства систем твердых растворов

xCuCr₂S4-(I-x)C%.5AlojCr₂S4 (0 < х < 0.2) и Cu_xMni__xCr₂S₄ (0 < х < 0.2), в которых предполагалось существование МП с точками Кюри выше комнатной температуры.

3) Изучены магнитные и электрические свойства систем твердых растворов
xCuCr₂Se4-(l-x)Cuo.5Meo.₅Cr₂Se4 (Me = In, 0 < х < 0.2; Me - Ga_; 0 й x < 0.2,

0.6 < x < 0.9) и соединения Cu^Gei^Cr^, в которых предполагалось существование спинстеклообразного состояния.

Данная диссертационная работа обобщает экспериментальные результаты, полученные автором при решении поставленных задач.

Объекты исследования выбирались таким образом, чтобы на их основе можно было получить:

6. Полупроводниковые СС. С этой целью были синтезированы соединения Cu^Ge^Cr^, Cuo,5Meo,₅Cr2Se4 (Me = In, Ga) и система твердых растворов последнего с CuCr₂Se₄. Отметим, что отсутствие дальнего магнитного порядка в Cuo.5ln₀,5Cr₂Se4 при 4.2 и 4 К было обнаружено с помощью метода нейтронной дифракции [41, 42].

7. МП с точками Кюри выше комнатной температуры. С целью изменения металлического типа проводимости халысохромитов меди, имеющих самые высокие температуры магнитного упорядочения среди хромовых халькогенидных шпинелей [43, 44], на полупроводниковый были синтезированы системы твердых растворов на основе тиохромита меди с АФМ полупроводником Cuo.5Al₀.5Cr₂S₄ [45] и ферримагнитным полупроводником MnCr₂S4 [46].

8. Манганиты редкоземельных металлов с КМС и гигантской магнитострикцией. Были синтезированы две серии керамик Re]._xSr_xMn03 (Re = Sm, Nd, Eu) с x = 0.33 (концентрацией близкой к 0.3, где обычно наблюдается КМС) и 0.45 (концентрацией близкой к 0.5, где обычно наблюдается зарядовое упорядочение); керамики Eu₀,4oNd₀.i5Sro.45Mn0₃, Tbo.₂5Nd₀,3oSro.45^Mn0₃ с фактором толерантности таким же, как у Sm₀.45Sro.55Mn03, но различной степенью беспорядка; монокристаллы 5т₀,45$г<).55МпОз ^и Ьаі/з^і/зЗгілМпОз; монокристаллические эпитаксиальные пленки Lao^NdojsSrojMnOs на различных подложках.

Синтез и рентгенографическое исследование хромовых халькошпинелей проводились в лаборатории криохимическои технологии химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова проф. ЯЛ. Кеслером и с.н.с. И.В. Гордеевым, Приготовление и аттестация монокристаллических

эпитаксиальных пленок и керамических образцов манганитов редкоземельных металлов, за исключением двух образцов Еи^А^МпОэ (A = Sr и Са, х = 0.30), проводились на химическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова в лаборатории проф. А.Р. Кауля с.н.с. О.Ю. Горбенко. Керамики Eui._xA_xMn0₃ (A = Sr и Са, х = 0.30) были приготовлены и аттестованы проф. Я.А. Муковским (Московский институт стали и сплавов), а монокристаллы Sm₀^5Sr₀.55MiiO₃ и Гаї/зШі/зЗгі/зМпОз - проф. A.M. Балбашовым (Московский энергетический институт).

Основная часть измерений намагниченности, магнитной восприимчивости, электро- и магнитосопротивления, теплового расширения и магнитострикции была выполнена автором на физическом факультете МГУ в лаборатории магнитных полупроводников проф. Л.И. Королевой. Измерения магнитострикции отдельных образцов были проведены автором в лаборатории проф. Рикардо Ибарры (университет г. Сарагоссы, Испания), а измерения намагниченности - в Международной лаборатории сильных магнитных полей и низких температур (Вроцлав, Польша) и в лаборатории проф. Р. Шимчак (институт физики Польской академии наук, Варшава, Польша).

Научная новизна диссертации заключается в следующем: Обнаружено отрицательное колоссальное магнитосопротивление в материалах, относящихся к различным типам магнитных полупроводников: а) манганитах редкоземельных металлов - Rei__xSr_xMn0₃ (Re = Sm, х = 0.33, 0.40, 0.45; Re = Nd, * = 0.33, 0.45; Re = Eu, * = 0.30, 0.45), EiJ(uoNdo.i5Sro.45Mn03, Tbo.25Ndo.3oSro.4₅Mn0₃, La₀.35Ndo.3₅Sr₀.₃Mn0₃, Ьаі/зШі/зЗгі/₃МпОз; б) хромовых халькогенидных шпинелях - xCuCr₂S₄-(1-x)Cuo.₅A1o.5Ct₂S₄ (0 < x < 0.2), .xCuCr₂Se₄-(l-x)Cuo.5Meo.5Cr₂Se₄ (Me - In, 0 < x < 0.2; Me = Ga, 0 < x < 0.2) и Ct^Gei/sC^S^ причем в двух последних системах колоссальное магнитосопротивление обнаружено в районе температуры замораживания спин-стеклообразного состояния. В

Ьа_шШ_1/35г_і/3МгЮз и xCiiCr₂S₄-(l-;c)Cuo.₅Alo.5Cr₂S4 (0.05 S х < 0.2) колоссальное магнитосопротивление обнаружено в районе комнатной

температуры в относительно слабых магнитных полях. Показано, что
причиной колоссального магнитосопротивления является неоднородное
магнитное состояние, вызванное сильным s-d обменом.
Обнаружено, что в манганитах редкоземельных металлов: Rei__xSr_KMn03
(Re = Sra, х = 0.33, 0.40, 0,45; Re = Nd, x = 0.33, 0.45; Re = Eu, jc = 0.45),
Eiio.4oNdo, 15Sro.4sMn0₃, Tbo.25Nd₀₃₀Sro.45Mn0₃ колоссальное

магнитосопротивление сопровождается гигантской отрицательной объемной магнитострикцией. Показано, что колоссальное магнитосопротивление и гигантская отрицательная объемная магнитострикция имеют одинаковую природу, а именно, они обусловлены фазовым разделением, вызванным сильным s-d обменом. Выявлено влияние зарядово/орбитально упорядоченной фазы на магнитные, магнитоупругие и гальвано магнитные свойства манганитов Sm^Sr^MnOa (х = 0.40, 0.45), Eu^NdaisSro^sMnOs, Tbo^NdojoSrtusMnOa, и Еио.55Йго.45МпОз. Показано, что обнаруженные в этих составах отрицательное колоссальное магнитосопротивление и гигантская объемная магнитострикция, достигающая примерно 10"³, вызваны скачкообразным увеличением объема ферромагнитной фазы, возникающей в результате индуцированного магнитным полем перехода зарядово/орбитально упорядоченной антиферромагнитной фазы СЕ-типа в ферромагнитное состояние.

Изучено влияние параметра катионного беспорядка d² на магнитные, транспортные, магнитотранспортные, упругие и магнитоупругие свойства керамик Reo.55Sro.4bMn03 (Re = Sm, Еи₀.4с№_ОЛ5) )> имеющих постоянную концентрацию носителей заряда и одинаковый фактор толерантности. Обнаружено, что увеличение d² приводит к подавлению ферромагнитного и зарядово/орбитально упорядоченного состояний, а также к уменьшению магнитосопротивления и магнитострикции. Полученные результаты согласуются с результатами модели фазового разделения, предложенной Доготто с соавторами.

Предложен новый механизм возникновения колоссального магнитосопротивления в широкой температурной области в монокристаллической тонкой пленке Ьао,з5^о!о,з5$го.зМпОз на подложке из монокристаллической пластины (001)ZrO2(Y₂O₃), в которой существуют четыре типа микрообластей с различными кристаллографическими ориентациями. Показано, что магнитосопротивление в области до технического насыщения намагниченности обусловлено туннелированием поляризованных носителей заряда через те границы между микрообластями, которые совпадают с доменными стенками, тогда как колоссальное магнитосопротивление в районе Тс и низкотемпературное магнитосопротивление в полях, превышающих поле технического насыщения, обусловлены существованием сильного s-d обмена, из-за которого происходит резкое уменьшение подвижности носителей заряда и их частичная локализация на уровнях вблизи верха валентной зоны. Под действием магнитного поля подвижность носителей заряда увеличивается и происходит их делокализация.

Найдены новые невырожденные магнитные полупроводники с температурами магнитного упорядочения выше комнатной в системах твердых растворов ^CuCr₂S4-Cl-^J:)Cuo.5Alo.5Cr2S4 (bc = 0.05, 0.10, 0.15, 0.20) и Cu_xMn[._xCr2S₄ (х = 0Л и 0.2). Показано, что введение подходящих добавок в антиферромагнитный или ферримагнитный полупроводник приводит к образованию в них примесных ферронов, ферромагнетизм которых и обеспечивает высокие точки Кюри указанных составов. Из зависимости парамагнитной температуры Кюри от концентрации легирующей добавки оценена величина энергии s-d обмена - AS ~ 0.6 эВ, то есть в изученных твердых растворах существует сильный s-d обмен.

Показано, что в спиновых стеклах системы xCuCr₂Se4-(l-*)Cuo,5Me_0>i5Cr2Se4 (Me = In, Ga) и Cu₂/3Gei/₃Cr2S4 выполняются соотношение Алмейды-Таулесса и соотношения статического и динамического скейлинга, что указывает на существование в 7} фазового перехода спиновое стекло-парамагнетизм.

Выяснена природа спин-стеклообразной фазы в спиновых стеклах и возвратных спиновых стеклах системы xCuCr2Se4-Cl-x)Cuo.5Me₀,₅Cr2Se4 (Me = In, Ga) на основе анализа зависимости магнитосопротивления Др/р от квадрата намагниченности а² в области парапроцесса. Обнаружено, что и в спиновых стеклах, и в возвратных спиновых стеклах этой системы при температуре замораживания 2} происходит изменение наклона зависимостей (Др/р)(о), что указывает на существенную перестройку спиновой системы при Т = Tf , то есть на наличие в ней термодинамического фазового перехода. Показано, что спинстеклообразная фаза в возвратных спиновых стеклах состоит из спинов отдельных ионов Cr^J+, в то время как в спиновых стеклах содержатся и взаимодействующие ферромагнитные кластеры.

Впервые установлена связь свойств изученных спиновых стекол %CiiCr₂Se4-(l-x)Cuo.5Meo.5CF2Se4 (Me = In, Ga, 0 < х < 0.1) и Cu_mG^m^i^A со спецификой физики магнитных полупроводников. На основе экспериментального факта, что энергия активации проводимости и величина энергетического барьера, определенная из закона Вогеля-Фулчера, являются величинами одного порядка и обнаруженного в районе Tf максимума на температурной зависимости магнитосопротивления, высказано предположение, что существующие в спиновых стеклах кластеры, являются кластерами ферронного типа. Это предположение подтверждается и тем фактом, что температурная зависимость концентрации и размеров кластеров, определенных из функции Ланжевена для Т > Tf , имеет такой же вид, как и для примесных ферронов в ферромагнитных полупроводниках.

Практическая значимость диссертационной работы определяется совокупностью экспериментальных данных, полученных при комплексном исследовании манганитов редкоземельных металлов и хромовых халькогеиидных шпинелей. Эти данные имеют принципиальное значение, как для физики магнитных полупроводников, так и для физики конденсированного состояния. В частности, обнаруженное в работе

отрицательное КМС как в хромовых халькогенидных шпинелях, так и манганитах редкоземельных металлов, дает информацию о сильном влиянии s-d обменного взаимодействия на электронный энергетический спектр изучаемых объектов. Обнаружено, что в манганитах, обладающих КМС, наблюдается и гигантская отрицательная объемная магнитострикция, причем температурные и полевые зависимости МС очень похожи на аналогичные зависимости магнитострикции, что, по-видимому, говорит об их единой природе.

Результаты, полученные по полупроводниковым спиновым стеклам, существенно развивают представления о взаимодействиях, ответственных за СС состояние, о природе СС и возвратных спиновых стекол. В диссертации представлены экспериментальные доказательства существования фазового перехода СС - парамагнетик.

В плане практического применения важны обнаруженные в работе магнитные полупроводники с точками Кюри выше комнатой температуры, а сформулированный в диссертации метод создания таких полупроводников позволит целенаправленно вести поиск подобных материалов. КМС, обнаруженное в монокристалле ЬашШшЗгузМЮз и составах с 0.05 < х < 0.2

системы ^CuCr₂S4-(l-.A:)C%5Alo,5Cr2S4 ^ПР^И температурах выше комнатной в относительно слабых магнитных полях, позволит использовать эти материалы в магнитных сенсорах, в магниторезистивиых считывающих головках и запоминающих устройствах. Обнаруженные в работе материалы с гигантской отрицательной магнитострикцией могут быть применены в устройствах, преобразующих механическую энергию в электрическую, а материалы с гигантским магнитокалорическим эффектом - в рефрижераторах. Особый интерес может представлять состав Smi__xSr_xMn03, в котором в районе Тс = 126 К обнаружены КМС, гигантская объемная магнитострикция и гигантский магнитокалорический эффект.

В данной работе решена важная научная задача по обнаружению влияния сильного s-d обменного взаимодействия на магнитные, электрические

и упругие свойств в различных классах магнитных полупроводников (хромовых халькошпинелях и мангаыитах редкоземельных металлов).

Часть результатов была получена при выполнении проектов Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 00-15-96695, 00-02-17810 и 03-02-16100), программ поддержки "Ведущих научных школ" (научные школы под руководством проф. К.П. Белова 96-15-96429, 00-15-96695) и грантов INTAS-97~open-30253 и NATO-HTECH LG 972942.

Полученные результаты опубликованы в 102 работах и докладывались на Всесоюзных, Российских и Международных конференциях: Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений (Тула 1983, Ташкент 1991), Международном семинаре "Магнитные фазовые переходы и критические явления" (Махачкала 1984, 1998, 2000), Международной школе-семинаре "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (Саранск 1984, Астрахань 1992, Москва 1998, Москва 2000, Москва 2002, Москва 2004), Всесоюзном, совещании по физике низких температур (Кишинев 1982, Таллин 1984, Москва 1998, Казань 2000), Международной конференции стран-членов СЭВ по физике и технике низких температур (София 1983, Берлин 1985), Всесоюзном семинаре по аморфному магнетизму (Владивосток 1986), Всесоюзном симпозиуме по физике аморфных магнетиков (Красноярск 1989), Международной конференции по магнетизму (Эдинбург 1991, Ресифе 2000), Международной научной конференции "Магнитные материалы и их применение" (Минск 1998), Международной конференции по магнетизму и магнитным материалам (MMM-Intermag, Сан-Франциско 1998), Европейской конференции по магнитным материалам и их применению (Сарагосса 1998, Киев 2000), Московском Международном симпозиуме по магнетизму (Москва 1999, 2002), Международной конференции по сильно коррелированным электронным системам (Нагано 1999), Международной конференции "Успехи в магнетизме" (Стокгольм 1999), Всероссийской научно-практической конференции "Оксиды. Физико-химические свойства и технология" (Екатеринбург 2000), Международной объединенной конференции по магнитоэлектронике (Екатеринбург 2000), Международной конференции по

ферритам (Киото 2000), Международной конференции по /-элементам (Мадрид 2000), научной конференции МГУ "Ломоносовские чтения" (Москва 2000), Международной конференции НАТО "Магиитострикция и ее применение" (Киев 2000), II Международном симпозиуме "Фазовые превращения в твердых растворах и сплавах" (Сочи 2001), Международной конференции "Прогрессивные магниторезистивные материалы" (Екатеринбург 2001), Международной конференции по магнитомягким материалам (Бильбао 2001), I Зеехеймской конференции по магнетизму (Зеехейм 2001), Международной конференции "Функциональные материалы" (Крым 2001), 17 Международном коллоквиуме по магнитным пленкам и поверхностям (Киото 2002), Объединенном Международном симпозиуме по магнетизму EMMA-MRM (Гренобль 2001, /Дрезден 2004), Международной конференции Intermag (Амстердам 2002), Международной конференции Европейского материаловедческого общества E-MRS (Варшава 2003), на II Международном Евро-Азиатском симпозиуме "Успехи в магнетизме" (Красноярск 2004), на нескольких ежегодных сессиях секции "Магнетизм" объединенного научного совета "Физика конденсированных сред" РАН, на научных семинарах кафедры общей физики и магиитоупорядоченных сред (физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова), на научных семинарах кафедры наук о материалах Сарагосского университета (Испания) и в институте материаловедения Национального центра научных исследований "Демокритос" (Афины, Греция).

Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, содержит 133 рисунка и 13 таблиц, изложена на 296 страницах машинописного текста. Список цитируемой литературы содержит 327 ссылок, включает в себя наиболее важные литературные обзоры и монографии, а также наиболее значимые оригинальные статьи по теме диссертации. Авторские работы приводятся в отдельном списке и в тексте диссертации обозначаются Al, А2

Похожие диссертации на Влияние сильного s-d обмена на физические свойства манганитов и хромовых халькошпинелей

Анизотропный f-d -обмен и магнитные свойства ортоферрита и ортохромита гадолиния Белов Дмитрий Владимирович

Влияние вибронных взаимодействий на структуру, магнитные свойства и процессы образования комплексов примесных d-ионов в кристаллах типа флюорита Уланов Владимир Андреевич

Влияние катионного замещения и аморфизации на магнитные свойства метабората медиУдод Любовь Викторовна

Влияние примесных ионов Sm3+ и Dy3+ на анизотропные свойства гематитаЕремин Евгений Владимирович

Исследование влияния квантового размерного эффекта на магнитные и магнитооптические свойства тонкопленочных магнитных структурПогребная Ирина Александровна

Влияние периодических и нерегулярных локальных кристаллических полей на магнитные свойства 4f-3d интерметаллидов со структурой типа CaCu5Куликов Юрий Александрович

Влияние механических напряжений электроизоляционных покрытий на доменную структуру и магнитные свойства кремнистого железа Шейко Леонид Макарович

Влияние магнитного поля и диссипативного туннелирования на оптические свойства квантовых точек с D--центрамиКалинина, Алла Владимировна

Высокочастотные и термодинамические свойства обменно неколлинеарного антиферромагнетика Nd2CuO4Блинкин, Виктор Анатольевич

Влияние свойств отдельных ионов на теплофизические характеристики водных растворов электролитов в рамках плазменно-гидродинамической теорииЖигжитова Сэсэгма Батоевна