ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2007, том 71, № 11, с. 1602-1603
УДК 538.911,538.915
ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ЭНЕРГИИ АКТИВАЦИИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ МАНГАНИТОВ В ПАРАМАГНИТНОЙ ФАЗЕ
© 2007 г. Э. А. Нейфельд1, В. Е. Архипов1, Н. А. Угршмова1, А. В. Королев1,
Я. М. Муковский2
E-mail: neifeld@imp.uran.ru
Обнаружена и исследована температурная зависимость магнитной составляющей энергии активации прыжковой проводимости манганитов гт в парамагнитной фазе: гт = г°т ± a/T, где знак "+" соответствует антиферромагнитному манганиту CaMnO3 _ §, а знак "-" - ферромагнитному La^^S^^MnO^ Дано качественное объяснение полученных результатов на основе модели, предложенной в работах Л.П. Горькова с соавторами.
Чтобы понять природу эффекта колоссального магнитосопротивления, наблюдаемого в мангани-тах вблизи температуры Кюри Тс, необходим анализ механизма проводимости в парамагнитной фазе. Общепризнано, что в этой области температур перенос заряда осуществляется поляронами малого радиуса прыжковым образом [1]. Температурная зависимость электрического сопротивления в этом случае имеет экспоненциальный характер
р ~ Техр(еа/кТ),
где еа _ энергия активации. В большинстве экспериментальных работ энергию активации считают не зависящей от температуры и определяют путем линейной аппроксимации экспериментальной зависимости р(Т) в координатах 1п(р/Т); Т-1. Однако более тонкий анализ, позволяющий обнаружить температурную зависимость еа(Т), заключается в определении локальной энергии активации:
£а = «р/ТШГ1). (1)
В данной работе представлены результаты экспериментального исследования активацион-ной проводимости в парамагнитной фазе двух монокристаллических образцов: ферромагнитного La0.85Sr0.15MnO3 и антиферромагнитного СаМп03 _ §.
На вставке рис. 1 показан общий вид зависимости р(Т) для образца La0.855Sr0Л5MnO3, и рамкой выделен участок, который приведен на основном рисунке в координатах 1п(р/Т); Т-1. Рядом с экспериментальными точками проведена прямая линия, которая иллюстрирует, что линейная аппроксимация экспериментальной зависимости является достаточно грубым приближением. Линия, проходящая по экспериментальным точкам, _ результат подгонки квадратичным полиномом. В аналогичном виде на рис. 2 представлены результаты для антиферромагнитного образца СаМп03 _ §. Экспе-
1 Институт физики металлов УрО РАН, Екатеринбург.
2 Московский институт стали и сплавов.
риментальная зависимость 1п(р/Т) от Т-1 также хорошо описывается квадратичным полиномом, но с другим знаком кривизны.
Поскольку логарифмические зависимости сопротивления от обратной температуры описываются квадратичным полиномом, очевидно, что локальная энергия активации (1), определенная из этого графика, будет линейно зависеть от Т-1. Для La085Sr015MnO3 эта зависимость описывается выражением £а = (349_78210/Т(К)) МэВ, а для СаМп03 _ а еа = (57 + 1477/Т(К)) МэВ, т.е. с понижением температуры энергия активации прыжковой проводимости в парамагнитной фазе в ферромагнитном манганите уменьшается на величину, обратно пропорциональную температуре, а в антиферромагнитном _ увеличивается. На рис. 3 показана зависимость еа от температуры. Пунктир _ результат линейной аппроксимации экспериментальных зависимостей 1п(р/Т) от Т"1.
Известно, что энергия активации прыжковой проводимости в манганитах определяется наряду с кулоновскими и решеточными еще и магнитными взаимодействиями [2]. Наблюдаемую экспериментально линейную зависимость энергии активации от обратной температуры мы связываем с температурной зависимостью магнитной составляющей
(е»)
е» = е»±а/Т, (2)
о
где ет _ магнитная составляющая энергии активации при Т ^ <», а _ некоторая постоянная величина. Знак плюс соответствует манганиту с антиферромагнитным порядком при низкой температуре, знак минус _ с ферромагнитным. Линейная зависимость энергии активации от обратной температуры позволяет предположить, что природа этой зависимости аналогична природе температурной зависимости магнитной восприимчивости.
1602
ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ЭНЕРГИИ АКТИВАЦИИ
1603
ln(p/T)
-9.0 г
-9.5 -10.0 -10.5 -11.0
1.
La0.85Sr0.15MnÜ3
-i_I_i_L_
10-3 _|_
0 200 400 T, K
1_i_i_i_i_i
2.2 2.6 3.0
1000/T, K1
Рис. 1. Зависимость 1п(р/Т); от Т-1 для образца Lao.85Sro.l5MnOз. На вставке показана температурная зависимость удельного сопротивления для этого образца в широком интервале температуры и выделен участок, представленный на основном рисунке.
ln(p/T) -1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
0 100 200 300 400 , , , T, K
1 4 7 10
1000/Г, К-1
Рис. 2. Зависимость 1п(р/Т от Т"1 для образца СаМпОз _ На вставке показана температурная зависимость удельного сопротивления для этого образца в широком интервале температуры и выделен участок, представленный на основном рисунке.
Качественно объяснить наблюдаемую зависимость £а(Т в манганитах можно в рамках модели, предложенной Л.П. Горьковым [3], в которой фазовое расслоение представляется как динамическое состояние и предполагается, что дырка, порожденная примесным ионом, не локализуется на каком-то одном ионе Мп, а коллективизируется на всех восьми ионах Мп, окружающих этот примесный ион. Ферромагнитно и антиферромагнитно коррелированные флуктуации могут сосуществовать в такой среде в виде "туманного" состояния. Электрическая проводимость возникает в ферромагнитно коррелированных флуктуациях в результате двойного обмена. Степень магнитного упорядочения во флуктуациях, а значит, и магнитная составляющая энергии активации прыжковой проводимости зависят от отношения энергии взаимодействия магнитных моментов ионов Мп и тепловой энергии кТ. Этим объясняется аналогия в температурных зависимостях энергии активации прыжковой проводимости и магнитной восприимчивости, величина которой определяется отношением энергии взаимодействия магнитных моментов со слабым внешним магнитным полем и тепловой энергией.
Таким образом, температурная зависимость магнитной составляющей энергии активации прыжковой проводимости (2) в парамагнитной фазе манга-нитов определяется конкуренцией ферромагнитного и антиферромагнитного обменных взаимодействий. В ферромагнитных манганитах с понижением температуры энергия активации уменьшается, благодаря увеличению степени ферромагнитной корреляции флуктуаций, иначе говоря, уменьше-
200 160
100
T, К 200 300
400
«120
80
1 1 1 1 1 1 - V 1 i 1 i 1 i 1
- \ > -^La0.85Sr0.15MnÜ3-
-CaMnO3 _ gS^ . -
i 1 i 1 i 1 i 1
300
400 T, К
500
64 ,
CÜ
60
Рис. 3. Температурные зависимости энергий активации для исследованных образцов Lao.85Sro.l5MnOз и СаМпОз _ §. Пунктиром показано значение энергии активации при линейной аппроксимации.
нию угла между магнитными моментами ионов Mn, участвующих в переносе заряда. В антиферромагнитных манганитах антиферромагнитные флуктуации, препятствующие образованию ферромагнитных флуктуаций, доминируют, и с понижением температуры энергия активации возрастает.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Salamon M.B, Jaime M. // Rev. Mod. Phys. 2001. V. 73. P. 583.
2. Локтев B.M, Погорелое Ю.Г. // ФНТ. 2000. Т. 26. С. 231.
3. Горькое Л.П. // УФН. 168, 665 (1998); Gor'kov LP, Kresin V.Z. Pis'ma ZhETF. 1998. V. 67. P. 934; Горькое Л.П, Сокол A.B. // Письма в ЖЭТФ. 1987. Т. 46. С. 333.
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 71 № 11
2007
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.