Научная электронная библиотека ULRICH'S Periodicals Directory

Сибирский государственный университет
науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева

Сибирский аэрокосмический журнал
ISSN 2712-8970 (Print) ISSN 2782-5760 (on-line)

Сведения об образовательной организации

UDK 539.21:537.86 Doi: 10.31772/2587-6066-2020-21-2-254-265
ИЗМЕНЕНИЕ МАГНИТОСОПРОТИВЛЕНИЯ В ХАЛЬКОГЕНИДАХ МАРГАНЦА MnSe1-XTeX ПРИ ПЕРЕХОДЕ ОТ ОБЪЕМНЫХ ОБРАЗЦОВ К ТОНКОПЛЕНОЧНЫМ
С. С. Аплеснин, К. И. Янушкевич
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева; Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31; ГО «НПЦ НАН Беларуси по материаловедению»; Беларусь, 220072, г. Минск, ул. П. Бровки, 19
Исследованы электрические и оптические свойства анион-замещенных антиферромагнитных полупроводников MnSe1-ХTeХ (0,1 ≤ Х ≤ 0,4) в области температур 77–300 К и магнитных полей до 13 кЭ в объемных образцах и поликристаллических тонких пленках. В твердых растворах MnSe1-ХTeХ обнаружено отрицательное магнитосопротивление в окрестности температуры Нееля для Х = 0,1 и для состава с Х = 0,2 в парамагнитной области до 270 К. Установлена корреляция спин-стекольного состояния и магнитосопротивления для Х = 0,1 и 0,2. Измерены спектры оптического поглощения в интервале частот 2000 cm – 1 < ω < 12000 cm – 1. Обнаружено уменьшение щели в спектре электронных возбуждений и ряд пиков поглощения вблизи дна зоны проводимости. В поликристаллических пленках системы MnSe1-ХTeХ найдено сосуществование двух кристаллических фаз методом рентгеноструктурного анализа. Обнаружены максимумы сопротивления в области полиморфного и магнитного переходов. Предложена модель локализованных спин-поляризованных электронов с радиусом локализации, меняющимся в магнитном поле в результате конкуренции ферромагнитных и антиферромагнитных взаимодействий. В парамагнитной области отрицательное магнитосопротивление вызвано туннелированием спин-поляризованных электронов при орбитальном упорядочении.
Ключевые слова: халькогениды марганца, магнитосопротивление, проводимость, тонкие пленки, ВАХ.
References

1. Борухович А. С. Физика материалов и структур сверхпроводящей и полупроводниковой спиновой электроники. Екатеринбург : УрО РАН, 2004. 175 с.
2. Аплеснин C. С. Основы спинтроники. СПб. : Лань, 2010. 288 с.
3. Aplesnin S. S., Sitnikov M. N., Zhivul’ko A. M. Change in the Magnetocapacity in the Paramagnetic Region in a Cation-Substituted Manganese Selenide // Physics of the Solid State. 2018. Vol. 60, No. 4. P. 673–680.
4. Polymorphism in MnSe1-ХTeХ thin-films / O. B. Romanova, S. S. Aplesnin, M. N. Sitnikov et al. // Solid State Communications. 2019. Vol. 287. P. 72–76.
5. Magnetoimpedance and magnetocapacitance of anion-substituted manganese / S.S. Aplesnin, O. B. Romanova, V. V. Korolev et al. // J. Appl. Phys. 2017. Vol. 121. Р. 075701–7.
6. Гальваномагнитные свойства поликристаллического селенида марганца Gd0.2Mn0.8Se / О. Б. Романова, С. С. Аплеснин, А. М. Харьков и др. // Физика твердого тела. 2017. Т. 59, В. 7. С. 1290–1294.
7. Аплеснин C. C. Магнитные и электрические свойства сильнокоррелированных магнитных полупроводников с четырехспиновым взаимодействием и с орбитальным упорядочением. М. : Физматлит, 2013. 176 с.
8. Аплеснин С. С. Аномалии транспортных свойств в магнитоупорядоченной области на кондо-решетке // Письма в ЖЭТФ. 2005. Т. 81. С. 74–79.
9. Аплеснин C. C., Ситников М. Н. Магнитотранспортные эффекты в парамагнитном состоянии в GDXMN1− XS. // Письма в ЖЭТФ. 2014. Т. 100, В. 1-2. С. 104–110.
10. Influence of magnetic ordering on the resistivity anisotropy of α-MNS single crystal / S. S. Aplesnin, G. A. Petrakovskii, L. I. Ryabinkina et al. // Solid State Communications. 2004. Vol. 129, Iss. 3. P. 195–197.
11. Спин-зависимый транспорт в монокристалле alpha-MNS / С. С. Аплеснин, Л. И. Рябинкина, Г. М. Абрамова и др. // Физика твердого тела. 2004. Т. 46, В. 11. С. 2000–2005.
12. Магнитные и электрические свойства катионзамещенных сульфидов MeXMn1-XS(Me = Co, Gd) / С. С. Аплеснин, Л. И. Рябинкина, О. Б. Романова и др. // ФТТ. 2009. T. 51, В. 4. C. 661–664.
13. Нагаев Э. Л. Манганиты лантана и другие магнитные проводники с гигантским магнитосопротивлением // Успехи физических наук. 1996. Т. 166, В. 8. С. 832–858.
14. Колоссальное магнитосопротивление при комнатных температурах в эпитаксиальных тонких пленках La1-xAgyMnO3 / Р. В. Демин, Ю. О. Горбенко, А. Р. Кауль и др. // ФТТ. 2005. Т. 47, В. 12. С. 2195–2199.
15. Каган М. Ю., Кугель К. И. Неоднородные зарядовые состояния и фазовое расслоение в манганитах // УФН. 2001. В. 171. С. 577–596.
16. Характеристики фазово-расслоенного состояния манганитов и их связь с транспортными и магнитными свойствами / К. И. Кугель, А. Л. Рахманов, А. О. Сбойчаков и др. // ЖЭТФ. 2004. Т. 125. С. 648.
17. Мелкомасштабное фазовое расслоение и электронный транспорт в манганитах / М. Ю. Каган, А. В. Клапцов, И. В. Бродский и др. // УФН. 2003. В. 173. С. 877.
18. Тонкопленочный ферромагнитный композит для спинтроники / А. С. Борухович, Н. И. Игнатьева, А. И. Галяс и др. // Письма в ЖЭТФ. 2006. Т. 84, В. 9. С. 592–595.
19. Нормальная шпинель CuCr1.6Sb0.4S4-новый материал с гигантским магнитосопротивление / Л. И. Королева, Р. В. Демин, Д. Варчевский и др. // Письма в ЖЭТФ. 2000. Т. 72, В. 11. С. 813–818.
20. Magnetic polaron conductivity in FeCr2S4 with the colossal magnetoresistance effect / Y. Zhaorong, T. Shun, C. Zhiwen et al. // Phys.Rev. B. 2000. Vol. 62, Iss. 21. P. 13872.
21. Metall-semiconductors transition in SmXMn1-XS solid solutions / S Aplesnin., O. Romanova, A. Har'kov et al. // Physica Status Solidi (B): Basic Solid State Physics. 2012. Vol. 249, Iss. 4. P. 812–817.
22. Aplesnin S. S., Kharkov A. M., Eremin E. V., Romanova O. B., Balaev D. A., Sokolov V. V., Pichugin A. Yu. Nonuniform Magnetic States and Electrical Properties of Solid Solutions // IEEE Transactions on magnetics. 2011, Vol. 47, P. 4413–4416.
23. Рябинкина Л. И., Романова О. Б., Аплеснин С. С. Сульфидные соединения MeXMn1-XS(Me = Cr, Fe, V, Co): технология, транспортные свойства и магнитное упорядочение // Известия российской академии наук. Серия физическая. 2008. T. 72, В. 8. С. 1115–1117.
24. Ryabinkina L. I., Petrakovskii G. A., Loseva G. V., Aplesnin S. S. Metal-insulator transition and magnetic properties in disordered systems of solid solutions MEXMN1-XS // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1995. Vol. 140–144, Iss. 1. P. 147–148.
25. Спин-зависимый транспорт в монокристалле alpha-MnS / С. С. Аплеснин, Л. И. Рябинкина, Г. М. Абрамова и др. // ФТТ. 2000. Т. 46, В. 11. С. 2004.
26. Низкотемпературные электронные и магнитные переходы в антиферромагнитном полупроводнике Cr0.5Mn0.5S / Г. А. Петраковский, Л. И. Рябинкина, Д. А. Великанов и др. // ФТТ. 1999. Т. 41, В. 9. С. 1660–1664.
27. Явление колоссального магнитосопротивления в сульфидах MexMn1-xS (Me=Fe, Cr) / Г. А. Петраковский, Л. И. Рябинкина, Г. М. Абрамова и др. // Письма в ЖЭТФ. 2000. Т. 72, В. 2. С. 99–102.
28. Эффект Холла в магнитных полупроводниках FexMn1-xS / Л. И. Рябинкина, Г. М. Абрамова, О. Б. Романова и др. // ФТТ. 2004. Т. 46, В. 6. С. 1038–1042.
29. Low temperature magnetic structure of MnSe / J. B. C. Efrem, D’Sa, P. A. Bhobe et al. // J. Phys. 2004. Vol. 63. P. 227–232.
30. Янушкевич К. И., Вараксин А. Н. Твердые растворы монохалькогенидов 3d-металлов. Минск, 2009. С. 256.
31. Decker D. L., Wild R. L. Optical Properties of a-MnSe // Phys. Rev. 1971. Vol. 4. P. 3425.
32. Neutron scattering study of structural and magnetic properties of hexagonal MnTe / B. Szuszkiewicz, B. Hennion, B. Witkowska et. al. // Physica status solidi. 2005, Vol. 2, Iss 3. P. 1141.
33. Влияние орбитального упорядочения на транспортные и магнитные свойства MnSe и MnTe / С. С. Аплеснин, Л. И. Рябинкина, О. Б. Романова и др. // ФТТ. 2007. Т. 49, В. 11. С. 1984–1989.
34. Su-Huai Wei, Zunger A. Total-energy and band – structure calculations for the semimagnetic Сd1-xMnxTe semiconductor alloy and its binary consistuens // Phys. Rev. B. 1987. Vol. 35. P. 2340.
35. Пенкаля Т. Очерки кристаллохимии. Химия. Ленинград, 1974. 496 с.
36. Синтез, структурные и магнитные свойства анион-замещенных халькогенидов марганца / С. С. Аплеснин, О. Б. Романова, М. В. Горев и др. // ФТТ. 2012. Т. 54, В.7. С. 1296–1301.
37. Аплеснин С. С. Неадиабатическое взаимодействие акустических фононов со спинами S = 1/2 в двумерной модели гейзенберга // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2003. Т. 124, В. 5. С. 1080–1089.
38. The magnetic and resonance properties of the crystal and amorphous CuGeO3 / G. A. Petrakovskiǐ, K. A. Sablina, A. M. Vorotynov et al. // Soviet Physics – JETP. 1990. Vol. 71. P. 772–780.
39. Китель Ч. Введение в физику твердого тела. М. : Наука, 1978. 791 с.
40. Нгуен В. Л., Спивак Б. З., Шкловский Б. И. Осциляция Ааронова–Бома с нормальным и сверхпроводящим квантами потока в прыжковой проводимости // Письма в ЖЭТФ. 1985. Т. 41. С. 35–38.
41. Нгуен В. Л., Спивак Б. З., Шкловский Б. И. Туннельные прыжки в неупорядоченных системах // ЖЭТФ. 1985. Т. 89. С. 1770–1784.
42. Multiple-stable anistropic magneto resistance memory in antiferromagnetic MnTe / D. Kriegner, K. Výborný, K. Olejník et al. // Nature Communications. 2016, Vol. 7. P. 11623.
43. Magnetoresistive effect of a topological-insulator waveguide in the presence of a magnetic field / Yuan Li, B. A. Mansoor Jalil, Seng Ghee Tan et al. // Appl. Phys. Lett. 2012, Vol. 101. P. 262403–4.
44. Quantum Oscillations and Hall Anomaly of Surface States in the Topological Insulator Bi2Te3 / D. X. Qu, Y. S. Hor, J. Xiong et al. // Science. 2010. Vol. 329. P. 821284.
45. Observation of Time-Reversal-Protected Single-Dirac-Cone Topological-Insulator States in Bi2Te2 and Sb2Te3 / D. Hsieh, Y. Xia, D. Qian et. al. // Phys. Rev. Lett. 2009. Vol. 103. P. 146401.
46. Molecular-beam epitaxy of topological insulator Bi2Se3 (111) and (221) thin films / Z. J. Xu, X. Guo, M. Y. Yao et al. // Adv. Mater. 2013. Vol. 25. P. 1557–1562.
47. Disorder-induced liner magnetoresistance in (221) topological insulator Bi2Se3 films / H. T. He, H. C. Liu, B. K. Li et al. // Appl. Phys. Lett. 2013. Vol. 103. P. 031606–4.
48. Peters R., Kawakami N., Pruschke T. Orbital Order, Metal Insulator Transition, and Magnetoresistance-Effect in the two-orbital Hubbard model // Phys. Rev. B. 2011. Vol. 83, No. 12. P. 125110.
49. Giant positive magnetoresistance in half-metallic double-perovskite Sr2CrWO6 thin films / Ji Zhang, Wei-Jing Ji, Jie Xu et al. // Sci. Adv. 2017. Vol. 3, No. 11. P. 1–7.
50. Giant magnetoresistance in nonmultilayer magnetic systems / Q. John, Jiang Samuel, C. L. Chien, J. Q. Xiao // Phys. Rev. Lett. 1992. Vol. 68, Iss. 25. P. 3749.
51. Preparation and characterization of MnSe thin films / T. Mahalingam, S. Thanikaikarasan, V. Dhanasekaran et al. // Mat.Sci. Eng. 2010. Vol. 174. P. 257–262.
52. A Neutron skattering study of structural and magnetic properties of hexagonal MnTe / W. Szuszkiewicz, B. Hennion, B. Witkowska et al. // Phys. Stat. Sol. C. 2005. Vol. 2. P. 1141–1146.
53. Kagan M. Yu., Kugel K. I. Поправки к статье. Неоднородные зарядовые состояния и фазовое расслоение в магнитах // UFN. 2001. Vol. 171. P. 577–596.


Аплеснин Сергей Степанович – доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой физики; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева. E-mail: aplesnin@sibsau.ru.

Янушкевич Казимир Иосифович – доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией магнитных материалов; ГО «НПЦ НАН Беларуси по материаловедению». E-mail: kazimir@mail.ru.


  ИЗМЕНЕНИЕ МАГНИТОСОПРОТИВЛЕНИЯ В ХАЛЬКОГЕНИДАХ МАРГАНЦА MnSe1-XTeX ПРИ ПЕРЕХОДЕ ОТ ОБЪЕМНЫХ ОБРАЗЦОВ К ТОНКОПЛЕНОЧНЫМ