stringtranslate.com

Колоссальное магнитосопротивление

Колоссальное магнитосопротивление ( КМС ) — свойство некоторых материалов, в основном перовскитных оксидов на основе марганца , которое позволяет им резко изменять свое электрическое сопротивление в присутствии магнитного поля . Магнитосопротивление обычных материалов допускает изменения сопротивления до 5%, но материалы с КМС могут демонстрировать изменения сопротивления на порядки. [1] [2]

Эта технология может найти применение в головках чтения и записи на дисках , что позволит увеличить плотность данных на жестком диске . Однако до сих пор она не нашла практического применения, поскольку требует низких температур и громоздкого оборудования. [3] [4]

История

Первоначально обнаруженные в манганитах перовскита со смешанной валентностью в 1950-х годах Г. Х. Йонкером и Дж. Х. ван Сантеном [5] [6], первое теоретическое описание в терминах механизма двойного обмена было дано на ранней стадии. В этой модели ориентация спинов соседних моментов Mn связана с кинетическим обменом e g -электронов. Следовательно, выравнивание спинов Mn внешним магнитным полем вызывает более высокую проводимость. Соответствующая экспериментальная работа была проделана Фольгером [7] , Волланом и Келером [8], а позднее Йираком и др. [9] и Поллертом и др. [10].

Однако модель двойного обмена не смогла адекватно объяснить высокое сопротивление, подобное изолирующему, выше температуры перехода. [11] В 1990-х годах работа Р. фон Гельмольта и др. [12] и Джина и др. [13] инициировала большое количество дальнейших исследований. Хотя до сих пор нет полного понимания этого явления, существует множество теоретических и экспериментальных работ, обеспечивающих более глубокое понимание соответствующих эффектов.

Теория

Одной из известных моделей является так называемая полуметаллическая ферромагнитная модель , которая основана на расчетах спин-поляризованной (SP) зонной структуры с использованием приближения локальной спиновой плотности (LSDA) теории функционала плотности (DFT) , где отдельные расчеты проводятся для электронов со спином вверх и спином вниз. Полуметаллическое состояние совпадает с существованием металлической основной спиновой зоны и неметаллической второстепенной спиновой зоны в ферромагнитной фазе.

Эта модель не то же самое, что модель Стонера коллективизированного ферромагнетизма. В модели Стонера высокая плотность состояний на уровне Ферми делает немагнитное состояние нестабильным. В расчетах SP ковалентных ферромагнетиков с использованием функционалов DFT-LSDA обменно-корреляционный интеграл занимает место параметра Стонера. Плотность состояний на уровне Ферми не играет особой роли. [14] Значительным преимуществом полуметаллической модели является то, что она не полагается на наличие смешанной валентности, как механизм двойного обмена, и поэтому может объяснить наблюдение CMR в стехиометрических фазах, таких как пирохлор Tl
2Мн
2О
7. Микроструктурные эффекты в поликристаллических образцах также были исследованы, и было обнаружено, что магнитосопротивление часто определяется туннелированием спин-поляризованных электронов между зернами, в результате чего магнитосопротивление имеет внутреннюю зависимость от размера зерна. [15] [16]

Полное количественное понимание эффекта CMR остается неуловимым и по-прежнему является предметом многих современных исследований. Ранние обещания разработки новых технологий на основе CMR пока не осуществились.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Ramirez, AP (1997). «Колоссальное магнитосопротивление». Journal of Physics: Condensed Matter . 9 (39): 8171–8199. Bibcode : 1997JPCM....9.8171R. doi : 10.1088/0953-8984/9/39/005. S2CID  19951846.
  2. ^ Родригес-Мартинес, Л.; Аттфилд, Дж. П. (1996). «Катионный беспорядок и размерные эффекты в магниторезистивных перовскитах оксида марганца». Physical Review B. 54 ( 22): R15622–R15625. Bibcode : 1996PhRvB..5415622R. doi : 10.1103/PhysRevB.54.R15622. PMID  9985717.
  3. ^ «Химики исследуют новый материал с возможностями компьютерного жесткого диска «следующего поколения». Новости Абердинского университета . 27 января 2014 г.
  4. ^ Dagotto, Elbio (14 марта 2013 г.). «Краткое введение в гигантское магнитосопротивление (GMR)». Наномасштабное фазовое разделение и колоссальное магнитосопротивление: физика манганитов и родственных соединений . Springer Series in Solid-State Sciences. Vol. 136. Springer Science & Business Media. pp. 395–396. doi :10.1007/978-3-662-05244-0_21. ISBN 9783662052440.
  5. ^ Йонкер, GH; Ван Сантен, JH (1950). "Ферромагнитные соединения марганца со структурой перовскита". Physica . 16 (3): 337. Bibcode :1950Phy....16..337J. doi :10.1016/0031-8914(50)90033-4.
  6. ^ Ван Сантен, Дж. Х.; Йонкер, Г. Х. (1950). «Электропроводность ферромагнитных соединений марганца со структурой перовскита». Physica . 16 (7): 599–600. Bibcode :1950Phy....16..599V. doi :10.1016/0031-8914(50)90104-2.
  7. ^ Volger, J. (1954). "Дальнейшие экспериментальные исследования некоторых ферромагнитных оксидных соединений марганца со структурой перовскита". Physica . 20 (1): 49–66. Bibcode :1954Phy....20...49V. doi :10.1016/S0031-8914(54)80015-2.
  8. ^ Wollan, EO; Koehler, WC (1955). "Исследование нейтронной дифракции магнитных свойств ряда соединений типа перовскита [(1-x)La, x Ca ]MnO_{3}". Physical Review . 100 (2): 545. Bibcode :1955PhRv..100..545W. doi :10.1103/PhysRev.100.545.
  9. ^ Жирак, З.; Крупичка, С.; Шимша, З.; Длоуга, М.; Вратислав С. (1985). «Нейтронографическое исследование перовскитов Pr1 − xCaxMnO3». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 53 (1–2): 153. Бибкод : 1985JMMM...53..153J. дои : 10.1016/0304-8853(85)90144-1.
  10. ^ Pollert, E.; Krupička, S.; Kuzmičová, E. (1982). "Структурное исследование перовскитов Pr1−xCaxMnO3 и Y1−xCaxMnO3". Журнал физики и химии твердого тела . 43 (12): 1137. Bibcode : 1982JPCS...43.1137P. doi : 10.1016/0022-3697(82)90142-1.
  11. ^ Лалена, Дж. Н.; Клири, Д. А. (2010). Принципы проектирования неорганических материалов (2-е изд.). Wiley. стр. 361. ISBN 9780470567531.
  12. ^ von Helmolt, R.; Wecker, J.; Holzapfel, B.; Schultz, L.; Samwer, K. (1993). "Гигантское отрицательное магнитосопротивление в перовскитоподобных ферромагнитных пленках La2/3Ba1/3Mn Ox ". Physical Review Letters . 71 (14): 2331–2333. Bibcode :1993PhRvL..71.2331V. doi :10.1103/PhysRevLett.71.2331. PMID  10054646.
  13. ^ Jin, S.; Tiefel, TH; McCormack, M.; Fastnacht, RA; Ramesh, R.; Chen, LH (1994). "Тысячекратное изменение сопротивления в магниторезистивных пленках La-Ca-Mn-O". Science . 264 (5157): 413–5. Bibcode :1994Sci...264..413J. doi :10.1126/science.264.5157.413. PMID  17836905. S2CID  39802144.
  14. ^ Целлер, Р. (419–445). Гротендорст, Дж.; Блюгель, С.; Маркс, Д. (ред.). Вычислительная нанонаука: сделай сам . Серия NIC. Т. 31. Юлих: Институт вычислительной техники Джона фон Неймана. стр. 2006. ISBN 3-00-017350-1.
  15. ^ Лалена и Клири 2010, стр. 361–2
  16. ^ Для обзора см.: Dagotto, E. (2003). Nanoscale Phase Separation and Colossal Magnetoresistance. Springer Series in Solid-State Sciences. Springer. ISBN 978-3-662-05244-0.

Внешние ссылки