НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, 2015, том 51, № 4, с. 351-353
УДК 541.123:546.21 '831 '832
ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЕ И ОБЪЕМНАЯ СЖИМАЕМОСТЬ ПРИ ГИДРОСТАТИЧЕСКОМ ДАВЛЕНИИ ДО 9 ГПа В ЛЕГИРОВАННОМ МАРГАНЦЕМ ZnGeAs2
© 2015 г. А. Ю. Моллаев*, И. К. Камилов*, Р. К. Арсланов*, Т. Р. Арсланов*, У. З. Залибеков*,
С. Ф. Маренкин**, ***, И. В. Федорченко**
*Институт физики им. Х.И. Амирханова ДНЦ РАН, Махачкала e-mail: a.mollaev@mail.ru
**Институт общей и неорганической химии им Н.С. Курнакова Российской академии наук, Москва ***Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС", Москва
Поступила в редакцию 26.06.2014 г.
В образцах Zni _ xMnxGeAs2 (х = 0.02 и 0.04), обладающих р-типом проводимости, измерены электросопротивление и относительная объемная сжимаемость при гидростатическом давлении до 9 ГПа. На барических зависимостях удельного электросопротивления и относительной сжимаемости обнаружены скачкообразные изменения сопротивления и объема. Положение этих эффектов на шкале высоких давлений совпадает, что свидетельствует о структурном фазовым превращении.
DOI: 10.7868/S0002337X15030100
ВВЕДЕНИЕ
Развитие спинтроники открывает уникальные возможности для создания электронных устройств нового поколения. Поиск, синтез и исследование материалов для спинтроники — одна из приоритетных задач современной физики. При легировании
полупроводниковых соединений АПВ1УС^ марганцем получены новые ферромагнитные материалы с температурами Кюри (ТС) выше 300 К [1]. В работах [1, 2] показано, что в случае низколегированного полупроводника магнитными примесями реализуется состояние — разбавленный ферромагнитный полупроводник. Дальнейшее легирование приводит к образованию ферромагнитного композита, в котором полупроводниковая матрица содержит включения магнитных кластеров (МпАз, МпР микро- и наноразмеров). Уровень легирования играет определенную роль в формировании материала, в зависимости от степени легирования могут образовываться как разбавленные магнитные полупроводники, так и ферромагнитные композиты.
Соединения АПВ1УС2\ легированные марганцем: СёОеР2:Мп, СёОеА82:Мп с высокой температурой Кюри ТС ~ 350 К, исследованы в работах [2—13]. Образцы ZnGeAs2:Mn обладали следующими характеристиками: температура Кюри 367 К, ширина запрещенной зоны Е = 0.85 эВ, ^-тип проводимости, концентрация 1018—5 х 1019 см3, величина подвижности 102 см2/(В с) и эффективная масса носителей заряда 0.4—0.74 [10].
В настоящей работе представлены результаты исследования влияния высоких давлений на
электросопротивление и объемную сжимаемость на поликристаллических образцах Zn1 -хМп^еА82 при комнатной температуре.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Измерения электросопротивления проводили четырехзондовым методом. Образцы _ х Мп^еАя2 имели форму параллелепипеда с
размерами 3 х 1 х 1 см3. Погрешность измерения электросопротивления не превышала 1%.
Для измерения объемной сжимаемости использовали тензометрический метод сжимаемости твердых тел при гидростатическом давлении р < 9 ГПа [14]. На одну из граней параллелепипеда наклеивали тензометрический датчик, выполненный в виде меандра из константановой проволоки. Проволоку помешали между двумя листками тонкой бумаги и приклеивали изолирующим клеем (типа БФ). Датчик включали в плечо обычной мостовой схемы постоянного тока, на диагонали которого находился чувствительный к напряжению прибор. Особенность данной методики состоит в том, что чувствительный элемент тензодатчика работает в режиме пластической деформации во всем диапазоне измерений. Абсолютная погрешность измерений удельного объема по данной методике составляла 0.1%, чувствительность измерений — 10-3%.
Давление генерировали пресс-установкой усилием 630 кН, измерения проводили в аппарате высокого давления типа "Тороид". Более подробное описание методики изложено в работах [15, 16].
352
МОЛЛАЕВ и др.
10
10
10
о
а
<£
10
10
0123456789 р, ГПа
0123456789 р, ГПа
Рис. 1. Барические зависимости удельного электросопротивления (а) и приведенной объемной сжимаемости (б) образца 2п0.98Мп0.02СеА82.
10
о
а
10
10
10
10
0123456789 р, ГПа
1 2 3 4 5 6 р, ГПа
Рис. 2. Барические зависимости удельного электросопротивления (а) и приведенной объемной сжимаемости (б) образца 2п0.96Мп0.04°еА82.
0
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В р-Ъпх _ хМпхОеА82 (х = 0.02 и 0.04) измерены удельное электросопротивление р и объемная У/У0 сжимаемость при высоком гидростатическом давлении до 9 ГПа. Экспериментальные результаты представлены на рис. 1 и 2.
Видно, что до величины давления 7 ГПа сопротивление образца Zn0.98Mn0.02GeAs2 практически не меняется. При давлении, равном 7 ГПа, сопротивление резко уменьшается почти на 2 порядка и с повышением давления >7 ГПа выходит на насыщение. От величины давления около 7 ГПа величина У/У0 слабо уменьшается, а затем
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ том 51 № 4 2015
ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЕ И ОБЪЕМНАЯ СЖИМАЕМОСТЬ
353
резко изменяется почти на 11%. При увеличении давления >7 ГПа зависимость относительной сжимаемости У/У0 выходит на насыщение. Заметно, что скачкообразные изменения и V/ У0 от p на шкале высоких давлений совпадают.
Из рис. 2 видно, что при давлении 7 ГПа удельное сопротивление образца Zn0.96Mn0.04 GeAs2 постоянно и величинах >7 ГПа резко уменьшается. Барическая зависимость объемной сжимаемости У/У0 до величины давления <9 ГПа меняется слабо и при >7 ГПа уменьшается на ~14%.
Такое поведение сопротивления и сжимаемости Zn0.98Mn0.02As2 и Zn0.96Mn0.04GeAs2 позволяет сделать вывод о существовании структурного превращения, индуцированного давлением.
ВЫВОДЫ
Проведенный анализ экспериментальных результатов измерения удельного электросопротивления и объемной сжимаемости Zn0.98Mn0.02GeAs2 и Zn0.96Mn0.04GeAs2, в которых при высоких гидростатических давлениях 7 ГПа наблюдаются скачкообразные изменения, позволил сделать вывод, что в образцах происходит структурный фазовый переход, индуцированный давлением.
Работа выполнена при финансовой поддержки гранта Президиума РАН П37 "Физики высоких давлений" и гранта Президента РФ для молодых ученых МК-1454.2014.3.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Новоторцов В.М., Маренкин С.Ф., Кочура А.В., Федор-генко И.В. Физико-химические основы синтеза новых ферромагнетиков из халькопиритов AIIBIVCV // ЖНХ. Т. 55. № 10. С. 1762.
2. Моллаев А.Ю., Арсланов Р.К., Залибеков У.З., Маренкин С.Ф., Новоторцев В.М., Михайлов С.Г., Молчанов А.В. Фазовый переход в новом ферромагнетике Cdj_ xMnxGeAs2 // Неорган. материалы. 2005. Т. 41. № 1. С. 11-14.
3. Моллаев А.Ю., Камилов И.К., Арсланов Р.К., Залибеков У.З., Варнавский С.А., Маренкин С.Ф. Фазовое превращение в монокристаллах p-Cdx_ xMnxGeAs2 при 5.5 ГПа // Неорган. материалы. 2006. Т. 45. № 9. С. 1035-1038.
4. Новоторцев В.М., Моллаев А.Ю., Камилов И.К., Арсланов Р.К., Залибеков У.З., Маренкин С.Ф., Варнавский С.А. Фазовые превращения в ферромагнитном полупроводнике Cdj _ xMnxGeAs2 при давлении до 5 ГПа // Неорган. материалы. 2006. № 8. С. 916-918.
5. Demin R.V., KorolevaL.I., Marenkin S.F., MikhailovS.A., Novotortsev V.M., Kallinnikov V.T., Aminov T.G., Srymchak R., Srymchak H., Baron M. A new high-T0
ferromagnet: Maganess-doped CdCeAs2 chalcopy-rite // Technic. Phys. Lett. 2004. V. 30. Iss. 11. P. 924-926.
6. Mollaev A.Yu., Kamilov I.K., Arslanov R.K., Zalibek-ov U.Z., Arslanov T.R., Bashirov R.R., Novotorzev V.M., Marenkin S.F. Baric and Temperature Dependences of Kinetic Coefficients in ^-Cd07Mn03GeAs2 at Atmospheric and High Pressures // Phys. Status Solidi B. 2009. V. 246. № 3. P. 655-657.
7. Моллаев А.Ю., Камилов И.К., Арсланов Р.К., Новоторцев В.М., Маренкин С.Ф., Трухан В.М., Арсланов Т.Р., Залибеков У.З., Федорченко И.В. Объемная магнито-стрикция в разбавленном магнитном полупроводнике Cd1- xMnxGeAs2 (х = 0.06 — 0.3) при высоких давлениях // Неорган. материалы. 2011. № 11. С. 1285—1288.
8. Arslanov T.R., Mollaev A.Yu., Kamilov I.K., Arslanov R.K., Kilanski L., Trukhan V.M., Chatterji T., Marenkin S.F., Fedorchenko I.V. Emergence of Pressure-Induced Metamagnetic-Like State in Mn-dopped CdGeAs2 Chalcopyrite // Appl. Phys. Lett. 2013. V 103. P. 192403.
9. Arslanov R.K., A.Yu. Mollaev, I.K. Kamilov, T.R. Arslanov, U.Z. Zalibekov, V.M. Novotorzev, S.F. Marenkin, Troyanchuk I. Pressure Effect on the Anomalies of the Electric and Magnetic Properties of Diluted Magnetic Semiconductor CdGeAs2dopped with Mn // Phys. Status Solidi B. 2013. V 250. № 4. P. 736—740.
10. Королева Л.И., Павлов В.Ю., Защиринский Д.М., Маренкин С.Ф., Варнавский С.А., Шимчак Р., Добровольский В.В., Киллинский Л. Магнитные и электрические свойства халькопирита ZnGeAs2 : Mn // ФТТ. 2007. № 11. С. 2022—2026.
11. Fedorchenko I.V., Kochura A.V., Marenkin S.F., Aronov A.N., Koroleva L.I., Kilanski L., Szymczak R., Dobrowolski W., Ivanenko S., Lahderanta E. Advanced Material for Spintronic Based on Zn(Si,Ge)As2 Chal-copyrites // IEEE Transactions Magnetics. 2012. V. 48. № 4. P. 1581—1584
12. Мурашов С.В., Нефедов В.И., Муравьев Э.Н. Электронное строение магнитных полупроводников Cd1— xMnxGeAs2 и Cu1— xMnxGaTe // ЖНХ. 2007. Т. 55. № 8. С. 1327—1331
13. Мурашев С.В., Нефедов В.И., Муравьев Э.Н. Электронное строение и химическая связь в магнитных полупроводниках MnxCdj —xGeAs2 MnxZnj —xGeAs2 // Неорган. материалы. 2008. №11. С. 1300—1306.
14. TsiokО.В., Bredikhin V.V., Sidorov V.A., KhvostantsevL.G. Measurements of Compressibility of Solids and Powder Compacts by a Strain Gauge Technique at Hydrostatic Pressure up to 9 ГПа // High Press. Res. 1992. V 10. P. 523—533.
15. Khvostantsev L.G., Vereshagin L.P., Novikov A.P. Device of Toroid Type for High Pressure Generation // High Temp. High Pressure. 1977. V 9. № 6. P. 637—639.
16. Моллаев А.Ю., Арсланов Р.К., Сайпулаева Л.А., Маренкин С.Ф. Влияние гидростатического сжатия на электрофизические свойства монокристаллического диарсенида кадмия // Неорган. материалы. 2001. № 4. С. 405—408.
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ том 51 № 4 2015
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.