научная статья по теме АНОМАЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ ХОЛЛА В НОВ12 Физика

Текст научной статьи на тему «АНОМАЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ ХОЛЛА В НОВ12»

Письма в ЖЭТФ, том 86, вып. 9, с. 691-694

© 2007 г. 10 ноября

Аномальный эффект Холла в НоВХ2

Н. Е. Случайно1^, Д. Н. Случайно, В. В. Глушков, С. В. Демишев, Н. А. Самарин, Н. Ю. Шицевалова+

Институт общей физики РАН, 119991 Москва, Россия + Институт проблем материаловедения ПАПУ. 03680 Киев, Украина Поступила в редакцию 1 октября 2007 г.

В широком диапазоне температур 1.8-300 К исследован эффект Холла в додекабориде гольмия. Выполненные в сильном магнитном поле до 80 кЭ при гелиевых и промежуточных температурах измерения угловых зависимостей холловского сопротивления рн((р,Т, Н) для Н0В12 позволили разделить нормальный и аномальный вклады в эффект Холла. Анализ поведения аномальной компоненты в парамагнитной и неелевских фазах приводит к выводу о возникновении магнитной поляризации 5й-состояний (спин-поляронный эффект) и позволяет сопоставить обнаруженные особенности коэффициента Холла Ин(Т,Н) с магнитной фазовой Н—Т диаграммой Н0В12.

РАСБ: 72.15.Qm

1. В последнее время значительный интерес исследователей привлекает изучение аномального эффекта Холла в редкоземельных (РЗ) соединениях с сильными электронными корреляциями [1,2]. В этих системах с металлической проводимостью исследования аномалий коэффициента Холла Ян(Т,Н) представляются наиболее важными для выяснения механизмов, приводящих к возникновению режима не-фермижидкостного поведения в окрестности квантовой критической точки (ККТ) [1-3], а также для изучения природы и особенностей реализации перехода металл-изолятор, наблюдающегося при понижении температуры в режиме быстрых зарядовых флукту-аций в классических соединениях с переменной валентностью БтВб [4] и УЬВ12 [5]. В случае систем с тяжелыми фермионами на основе церия, находящихся вблизи ККТ, возникновение низкотемпературных аномалий физических параметров сопровождается ростом коэффициента Холла в 2 4- 20 раз. Необычное для металлических систем активационное поведение Ян(Т) не находит объяснения в рамках модели Кондо и в настоящее время связывается с переходом к режиму низкотемпературного транспорта по многочастичным спин-поляронным состояниям (см., например, [6-8]). Недавние исследования эффекта Холла [9] в РЗ додекаборидах К3+В12 (11-Но, Ег, Тш и Ьи) также обнаружили низкотемпературные аномалии Ян(Т) значительной амплитуды (до 30%) в парамагнитной фазе этих РЗ магнетиков с металлической проводимостью. Для выяснения генезиса аномалий Ян(Т,Н) в боридах ШЗ12 (11-Но, Ег, Тш) и других металлических системах с РЗ элементами

1'е-таП: neseit.gpi.ru

представляет интерес выполнить прецизионные измерения эффекта Холла ШЗ12 в сильных магнитных полях и сопоставить полученные результаты с предсказаниями спин-поляронного подхода [6-8].

2. В настоящей работе впервые выполнено исследование угловых, температурных и полевых зависимостей холловского сопротивления в сильных магнитных полях до 80 кЭ на монокристаллических образцах додекаборида гольмия Н0В12. В [9] было показано, что Н0В12 характеризуется наибольшими среди магнитных соединений ШЗ12 (11-Но, Ег, Тш, УЬ) значениями подвижности носителей заряда, и, таким образом, влияние нацентровых 4/—М спиновых флуктуаций представляется минимальным в ряду Ш312 именно в этом соединении. Полученные нами экспериментальные результаты позволяют разделить и классифицировать составляющие в эффекте Холла Н0В12, причем наблюдаемое резкое подавление в магнитном поле аномального вклада в Ян(Т) в парамагнитной фазе свидетельствует о значительном вкладе спин-поляронных эффектов как в зарядовый транспорт, так и в формирование магнитной структуры (5й-компонента) в этом соединении.

Измерения угловых зависимостей холловского сопротивления в фиксированном магнитном поле в интервале до 80 кЭ в широком диапазоне температур 1.8-300 К проводились с помощью оригинальной экспериментальной установки, обеспечивающей вращение с позиционированием образца в сверхпроводящем соленоиде с точностью по углу ¡р = (НАп) = 1.8° (п - вектор нормали к плоскости образца). В работе использовалась ориентация измерительного тока 1||[110] _1_ Н, сонаправленного с осью вращения образца в магнитном поле в гцк структуре исследуе-

360 0 90 180 270 360

Ф (¿её)

Рис.1. Угловые зависимости холловского сопротивления рн(<р, Но,То = 3 К) соединения Н0В12 (Но = 11, 15, 18, 40, 60 и 80 кЭ). На вставке показана схема измерений эффекта Холла

мого соединения (см. вставку на рис.1). Для измерения малых сигналов применялись двухканаль-ные нановольтметры КейЫеу модели 2182. Исследования выполнены на монокристаллических образцах Н0В12 высокого качества, выращенных методом вертикального бестигельного индукционного зонного плавления с переплавом в атмосфере инертного газа.

3. В области температур, отвечающей парамагнитной фазе Н0В12, для всех значений Н в интервале до 80 кЭ и в неелевской фазе (Ту и 7.4 К) при Н < 12 кЭ в работе наблюдались синусоидальные угловые зависимости холловского сопротивления вида рн(<р) = рно + РН1 сое уз (см. рис.1, кривая для Н = = 11 кЭ), которые отвечают изменению при вращении на угол ¡р проекции вектора Н на нормаль п к поверхности образца. Далее найденные амплитудные значения рн1 использовались непосредственно для вычисления коэффициента Холла Дя(Т) = рнг/Н. Температурные зависимости Дя(Т) в Н0В12, полученные в настоящей работе методом вращения образца в магнитных полях Но и 3.7, 10, 20 и 80 кЭ, показаны на рис.2. Как видно из данных рис.2, Дя(Т Но = 3.7 кЭ) Н0В12 принимает отрицательные значения и характеризуется особенностями в виде минимума в интервале 100-300 К и двух низкотемпературных максимумов Дя(Т). Низкотемпературный максимум коэффициента Холла в окрест-

ности 12 К в Н0В12 регистрируется вблизи фазового перехода в антиферромагнитное (АГ) состояние при Таг [9], который, в свою очередь, сопровождается резким уменьшением абсолютной величины Дя(Т) (рис.2). Возрастание напряженности внешнего магнитного поля всего лишь до 10 кЭ приводит к полному подавлению особенности на кривых Дя(Т) Н0В12 в окрестности 12К (рис.2). Дальнейший рост Н сопровождается подавлением амплитуды второго максимума Ян(Т) вблизи 30 К, а также величины эффекта (ступеньки), связанного с изменением коэффициента Холла в окрестности магнитного перехода при Таг (рис.2). В полях Н ~ 80 кЭ отмеченные выше максимумы Ян(Т) при 12 и 30К и особенность в виде ступеньки вблизи Тдг в Н0В12 полностью подавляются, причем изменение ДДя(Т) с температурой в интервале 1.8-100 К составляет менее 10% от абсолютной величины Ля (рис.2).

Учитывая необычно сильный для парамагнитного металла нелинейный характер отклика коэффициента Холла на внешнее магнитное поле, интересно было выполнить измерения полевых зависимостей Ян(Н,То) как в парамагнитной фазе при температурах То вблизи указанных особенностей Дя(Т), так и для нескольких значений То, отвечающих маг-нитоупорядоченному состоянию Н0В12. Результаты измерений эффекта подавления амплитуды коэффи-

Аномальный эффект Холла в HoBj 2

693

Г (К)

Рис.2. Температурные зависимости коэффициента Холла Rh(Ho,T) додекаборида гольмия (Но = 3.7, 10, 20 и 70 кЭ). Вертикальными стрелками показаны значения температур То, при которых регистрировались полевые зависимости Ин(Н,То). Для наглядности длина стрелок соответствует изменению Rh с ростом Н от 3.7 кЭ до 80 кЭ

циента Холла внешним магнитным полем у Н0В12 представлены на рис.3. Как видно из данных рис.3 для Н0В12, наиболее значительное падение Rh(H) наблюдается в магнитных полях до 30 кЭ, причем при температурах 12 и 30 К, отвечающих максимумам Rh(T), уменьшение по абсолютной величине в поле 80 кЭ составляет более 25%. Следует подчеркнуть, что аналогичные измерения, выполненные нами для немагнитного аналога - L11B12, приводят к существенно меньшим значениям ARh/Rh ~ 2%, отвечающим подавлению амплитуды эффекта Холла в магнитном поле 80 кЭ, и в пределах точности эксперимента позволяют сделать вывод о линейной зависимости Rh(H) в додекабориде лютеция.

Необычно сложный, отличный от синусоидального, характер угловых зависимостей ря(у) холловско-го сопротивления наблюдается при измерениях в маг-нитоупорядоченной AF фазе Н0В12 в магнитных полях выше метамагнитного перехода при Hm ~ 15 кЭ (область AFI на фазовой диаграмме на вставке к рис.3). На рис.1 в качестве примера такого поведения представлено семейство кривых рн{<р), измеренных при То = 3 К во всем используемом в работе диапазоне изменения магнитного поля. Как видно из данных рис.1, вблизи фазовой границы Нт(Т) наблюдаются заметные искажения синусоидальных зависимостей холловского сопротивления, и далее, в интервале по-

Г(К)

Н (кОе)

Рис.3. Полевые зависимости коэффициента Холла Ин(Н,То) соединения Н0В12 при температурах То = 3, 5, 6, 12 и 30 К. Область АРх на рис. отвечает появлению ферромагнитной составляющей на угловых зависимостях холловского сопротивления. На вставке представлена магнитная фазовая Н-Т-диаграмма Н0В12

лей 18-60 кЭ на угловых зависимостях регистрируются участки резких изменений рн■ Интересно, что вблизи указанных участков ря(у) ПРИ смене на противоположное направление вращения образца в магнитном поле наблюдается гистерезис, что указывает на возможное существование ферромагнитной компоненты в матрице додекаборида гольмия и связанных с этим эффектов перемагничивания.

4. При обсуждении результатов рис.1-3 следует отметить сходный характер температурных зависимостей Ля(Т) для Н0В12 и его немагнитного аналога - ЬиВ12 [9] при существенно различающемся характере отклика на внешнее магнитное поле в этих соединениях. Отметим, что обнаруженное нами для Н0В12 сильное (до 30%) подавление абсолютной величины Rн в поле Н < 80 кЭ (рис.2,3) аналогично наблюдавшемуся ранее значительному уменьшению Rн(H) в системах с тяжелыми фермионами на основе церия [6-8]. В этих металлах указанный эффект, согласно [7,8], обусловлен подавлением спиновых флуктуаций на РЗ центрах и разрушением спин-поляронных многочастичных состояний в металлической матрице РЗ соединений во внешнем магнитном поле.

Следует подчеркнуть, что, наряду с отмеченной аналогией в поведении Яд(Н), в парамагнитной фазе антиферрома

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком