Аномалии проводимости в твердых растворах Sm Xmn 1- xs Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 537.311.3

С. С. Аплеснин, М. А. Лопатина, Д. А. Балаев

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

АНОМАЛИИ ПРОВОДИМОСТИ В ТВЕРДЫХ РАСТВОРАХ 8шхмпх-х8*

В твердых растворах 8тХМп1-Х8 для концентрации Х = 0,2; 0,3 проведены измерения электросопротивления в интервале температур 80...300 K в магнитных полях до 0,5 Тл. Для состава с Х = 0,2 найден максимум величины сопротивления по температуре, определены энергии активации.

Замещение катионов марганца редкоземельными элементами в сульфидах марганца МпБ может индуцировать ряд фазовых переходов, магнитных и электрических, а также переход «металл-диэлектрик». Редкоземельные ионы в зависимости от типа валентности Яе3+ или Яе2+ могут располагаться в валентной зоне или вблизи уровня Ферми, что определяет электронные свойства, влияющие на люминесценцию и проводимость соединений. Двухвалентный ион самария Бш2+ имеет изоэлектронную конфигурацию Еи3+ и энергию перехода Efd = 0,4 эВ из состояния 4/6 - 4f 5(6Н)5й^ ^ [1]. Ширина щели Eg между валентной зоной и зоной проводимости в БшБ немного меньше, чем в МпБ. Под действием давления сопротивление, объем и магнитная восприимчивость в БшБ уменьшаются на порядок, соответственно, объем - на 13 %, восприимчивость -на 60 % при Р = 6,5 кбар [2], что связывается с переходом иона самария из трехвалентного в двухвалентное состояние.

Сульфиды самария и марганца имеют кристаллическую решетку КаС1 с постоянной решеткой а = 5,965 А (БшБ) и а = 5,222 А (МпБ). При достижении критической величины давления Р = 6,5 кбар решетка БшБ резко сжимается, и постоянная решетки достигает значения ар = 5,69 А [1]. Можно ожидать, что при замещении катионов марганца ионами самария давление, оказываемое ближайшим окружением, приведет к аналогичному эффекту. Кристаллы БшХМп1-Х8 выращены по методике [3].

Изучение кристаллической структуры полученных образцов проведено при комнатной температуре в монохроматическом СиКа-излучении на рентгеновской установке ДРОН-3. Измерения удельного электросопротивления проведены стандартным четырехзондовым компенсационным методом на постоянном токе в интервале температур 80...300 К в нулевом магнитном поле.

Согласно результатам рентгеноструктурного анализа образцы системы 8шХМп1-Х8 с концентрацией Х = 0,2; 0,3 имеют гранецентрированную кубическую (ГЦК) решетку типа №С1, характер-

ную для a-MnS. Параметр решетки практически не меняется от состава и составляет а = 5,236 А (Х = 0,2) и 5,234 А (Х = 0,3). Температурная зависимость удельного электросопротивления изображена на рисунке. Для состава с Х = 0,2 (см. рисунок, часть а) сопротивление имеет максимум при температуре 100 K и при понижении температуры резко уменьшается. Для Sm0)3Mn07S наблюдается типичная полупроводниковая зависимость с энергией активации AE = 0,13 эВ, найденной по наклону прямолинейной части температурной зависимости lg р(1/Т) в интервале температур 100 K < T < 300 K. Близкое значение AE = 0,14 эВ было найдено в твердом растворе CoxMni_xS c Х = 0,3 [4]. Замещение катионов марганца ионом кобальта и редкоземельным элементом самарием указывает, что основной вклад в проводимость обусловлен носителями заряда в ?2£-зоне.

2.4И0'

Е

и

£ -

JZ

о

d

U.iHD1

a.a -

mn

т: к

1Л". К"1

Температурная зависимость удельного электросопротивления для образцов 8шХМп1-Х8: а - с составом Х = 0,2; б - X = 0,3

*Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ-БРФФИ № 08-02-90031, РФФИ № 09-02-00554-а.

Решетневские Чтения

Изменение температурной зависимости сопротивления по величине и по качественному виду можно объяснить формированием узкой примесной зоны в запрещенной зоне, которая расположена в окрестности химпотенциала для X = 0,2 и с ростом концентрации носителей сдвигается по энергии к дну зоны проводимости для X = 0,3. Изменение величины сопротивления в магнитном поле Н = 0,5 Тл не обнаружено. В образовании зоны проводимости участвуют ?2я орбитали, с перекрытием волновых функций электронов на катионе и анионе по ребрам куба. Можно ожидать, что при концентрации замещения X = 0,33 произойдет протекание по узлам для ионов самария и, соответственно, перехода «металл-диэлектрик».

Итак, в твердом растворе SmxMni_xS с Х = 0,2 наблюдается максимум в температурном поведении сопротивления при Т = 100 K с уменьшением величины сопротивления практически на порядок при понижении температуры. Влияние магнитного поля на транспортные свойства не обнаружено.

Библиографический список

1. Suryanarayanan, R /R. Suryanarayanan, I. A. Smir-nov, G. Brun, S. G. Shul'man // Journal de Physica. 1976. Vol. 37. P. 4-271.

2. Kaneko, M. / T. Kaneko, M. Ohashi, S. Abe, H. Yoshida // Physica. 1977. Vol. 86-88В. P. 224.

3. Аплеснин, С. С. / С. С. Аплеснин [и др.] // ФТТ. 2009. Т. 51. С. 661.

4. Аплеснин, С. С. / С. С. Аплеснин [и др.] // ЖЭТФ. 2008. Т. 133. С. 875.

S. S. Aplesnin, M. A. Lopatina, D. A. Balaev Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

CONDUCTION ANOMALIES IN SOLID SOLUTIONS SmxMni_xS

Conductivity in solid solutions SmXMnJ-XS for Х = 0,2; 0,3 is measured in the region of temperature 80...300 К and magnetic fields up to 0,5. The maximum of the resistance value in the temperature is found for Х = 0,2 composition. The activation energy is determined.

© Аплеснин С. С., Лопатина М. А., Балаев Д. А., 2009

УДК 537.311.3

О. Н. Бандурина, С. С. Аплеснин, О. Б. Романова, Е. В. Еремин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

К. И. Янушкевич

ГО «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению», Республика Беларусь, Минск

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ М^ех-Де*

В анионзамещенных МпБе1-хТех халькогенидах проведены измерения удельного сопротивления в магнитном поле и в его отсутствии в интервале температур 77 К < Т < 300 К, обнаружен эффект магни-тосопротивления.

Цель работы - изучение влияния замещения селена теллуром на проявление эффекта магнито-сопротивления в твердых растворах М^е1-хТех.

Синтез составов системы MnSe1-xTex с шагом по концентрации х = 0,1 выполнен методом твердофазных реакций. Рентгеноструктурные исследования показали, что в интервале концентраций 0,1 < х < 0,4 в системе М^е1-хТех существуют твердые растворы с элементарной кристаллической ячейкой пространственной группы Бт 3 т (225). Измерения удельного электросопротивления проведены стандартным четырехзондовым компенсационным методом на постоянном токе в интервале температур 77...300 К в магнитном поле до 1 Тл.

Температурные зависимости сопротивления твердых растворов MnSel-xTex для составов х = 0,1 и х = 0,2 представлены на рисунке (часть а). Влияние магнитного поля на транспортные свойства исследовалось двумя способами. Во-первых, измерялось изменение сопротивления MnSe0)9Te0д и MnSe0)8Te0)2 по температуре как в магнитном поле, так и в его отсутствии. Во-вторых, при фиксированной температуре изучались вольт-амперные характеристики в нулевом магнитном поле и в поле Н = 1 Тл. Установлено, что в магнитном поле сопротивление образцов уменьшается, и наибольшее изменение обнаружено в окрестности температуры Нееля у состава х = 0,1 (см. рисунок, часть б).