Гальваномагнитные эффекты в микро- и макронеоднородных сплавах переходных металлов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В. ЛОМОНОСОВА

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

ОД

На правах рукописи

>

ПРУДНИКОВА Мария Валерьевна

ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЕ ЭФФЕКТЫ 8 МИКРО- И МАКРОНЕОДНОРОДНЫХ СПЛАВАХ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

01.04.11 - физика магнитных явлений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-матечатических наук

МОСКВА-1998

Работа выполнена нг> кафедре магнетизма. физического факультета Московского государственного укиверелтатг им. М.В. Ломоносова

Научный руководитель: доктор физшео — матгматитсекпх наук,

профессор А.Б. Граьозский.

Официальные оппоненты: доктор физико — математических наук,

Защита состоится 19 марта 1998 г. в 15.30 час. на заседании диссертационно: совета К053.05.77 в Московском государственном университете и М.В. Ломоносова по адресу: 119899, ГСП, Москва, Воробьевы горы, МГ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им. Ломоносова.

Автореферат разослан 19 февраля 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета К 053.05.77 в МГУ им М.В. Ломоносова

профессор А. К. Звездин;

доктор физико-математических наук,

профессор A.C. Андреенко

Ведущая организация:

ГНЦ Центральный научно — исследовательский институт черной металлургии (ЦНИИЧермет) им. И.П. Бардина

физический факультет, аудитория б

кандидат физико — математических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Открытие в 1988 г. эффекта гигантского магнитосопротивления (ГМС) в магнитных мультислоях, а затем в 1992 г. и в магнитных гранулированных сплавах вызвало пристальное внимание во всех исследовательских центрах мира. Это связано как с самостоятельным научным значением, которое представляет собой изучение явлений переноса в магнитно —неоднородных системах, так и с важной практической задачей создания нового поколения магнитных головок для сверхплотной магнитной записи, магнитных сенсоров, элементов спиновой электроники, элементов магниторезистивной памяти.

Неоднородные магнитные материалы можно условно разделить на два основных класса по масштабу магнитных неоднородностей. Если размер магнитных неоднородностей много больше характерных длин свободного пробега носителей тока, то такие системы являются макронеоднородными и к ним, в частности, принадлежат композиты "ферромагнитный металл — диэлектрик" и "ферромагнитный металл — полупроводник" с размером гранул, превышающим 1цкм. Если же масштаб магнитной неоднородности сравним со средней длиной свободного пробега, которая, как известно, в ферромагнитных

металлах и сплавах составляет величину 10—100А, то такие системы принято называть микронеоднородными, К ним, в частности, относятся аморфные ферромагнитные сплавы, характеризующиеся отсутствием дальнего, но наличием ближнего порядка на нескольких координационных сферах, нанокристаллические сплавы, а также нанокомпозиты и гранулированные сплавы с ГМС, характерный размер гранул которых, как правило, не

превышает радиуса однодоменности, т.е. ~100 А.

Основные усилия в последнее десятилетие были сконцентрированы на исследовании механизмов гигантского отрицательного магнитосопротивления |МС) в мультислоях, спин — вентильных сэндвичах, гранулированных сплавах "ферромагнитный металл — немагнитный металл", а также отрицательного МС в композитах "ферромагнитный металл — диэлектрик" вблизи порога

перколяции. Однако, другие гальваиомагнитные явления в магнитно — неоднородных материалах, как например, положительное МС, нормальный (НЭХ) и аномальный эффекты Холла (ЛЗХ) практически не исследованы. Также не изучались гальваномашитные явления в композитах "ферромагнитный металл. — полупроводник", представляющих новый тип неоднородных магнитных материалов. Такого рода исследования позволяют получить важную информацию об особенностях спин—зависящего и спин — независящего рассеяния в магнитно — неоднородных системах, их микроструктуре, основных носителях тока, проверить и дополнить развитые представления о природе ГМС и гальваномагнитных явлений в однородных ферромагнетиках.

Целью данной работы является экспериментальное исследование поперечного магнитосопротивления и эффекта Холла в следующих микро — и макронеоднородных системах:

■ аморфные ферромагнитные сплавы Яе — В;

■ гранулированные сплавы "металл —металл" (Со —Ре)Ад;

■ ферромагнитные композиты Со - СиО.

Особое внимание уделялось экспериментальному изучению указанных явлений в широком диапазоне составов, температур, магнитных полей, а также сравнительному анализу полученных данных для различных систем с учетом особенностей их микроструктуры.

Научная новизна и практическая ценность представленных в диссертации результатов, заключается в том, что:

В получен комплекс экспериментальных данных по гальваномагнитным эффектам в быстрозакаленных сплавах Реюо-хВх, гранулированных сплавах (Со?оРез0)хАд,оо ~х композитах Со^оо_х(СиО)х в серии прецизионных измерений с использованием различных современных методик. Проведены:

в измерения квазистатической намагниченности с использованием высокочувствительного магнитометра в широком интервале температур и магнитных полей;

А

В измерения электропроводности и поперечного магнитосопротивления в магнитном поле с использованием высокочувствительного (Ю-9 V) измерительного комплекса; в измерения холловского сопротивления в интервале температур 77 — 300 К и

в магнитных полях до 2 кЭ. Полученные в работе оригинальные экспериментальные результаты об электрических, гальваномагнитных, магнитных и структурных характеристиках ферромагнитных аморфных, гранулированных и композитных сплавах позволили предложить механизмы формирования комплекса магнитных и кинетических свойств изученных неоднородных магнитных материалов. Доказано, что гальваномагниткые эффекты в микро-и макронеоднородных сплавах чувствительны к микроструктуре сплавов и поэтому их можно использовать для структурной аттестации образцов. Комплексные исследования магнитных и кинетических свойств, проведенные на одних и тех же образцах аморфных, гра1гулированных и композитных сплавов 3(1 — переходных металлов позволили установить общие закономерности и принципиальные различия в формировании гальваномагнитных свойств в микро- и макронеоднородных ферромагнитных материалах, что весьма важно для физики твердого тела, современного физического материаловедения и развития теории конденсированного состояния.

Основные положения, выносимые на защиту

Автор защищает результаты экспериментальных исследований поперечного МС и эффекта Холла в аморфных сплавах Ь'с'шо - (х = 9.9, 12.2, 13.1, 14.4, 18.1 ат.%), магнитных гранулированных пленках (Со70Роз0)хАдю0-х (х=19.1, 25, 29.9, 36 ат.%) и ферромагнитных композитах Со100-х(СиО)х (х= Ю> 20, 30, 40, 50, 60 вес.%). Основные результаты диссертации, которые выносятся на защиту, можно сформулировать следующим образом:

1. Для микро — и макронеоднородных систем не имеет место корреляция между коэффициентом АЭХ и квадратом сопротивления р2 при

изменении концентрационного сплава или температуры, что доказывает определяющую роль механизма асимметричного рассеяния в формировании АЭХ.

2. В быстрозакаленных лентах Г'С|00_ КВХ коэффициент нормального эффекта Холла К'„, определенный в полях насыщения, изменяется в пределах Rl = (20н-70)- 10_12Ом-смГс_достигает максимального значения при х = 14.4 ат.% и сильно зависит от температуры. Положительный знак R'r) связан с s — d гибридизацией, максимум R"0 — с минимумом плотаости d —состояний на уровне Ферми при х=14.4 ат.%, а температурная зависимость R^ — как с зависимостью параметров электронного спектра от температуры, так и с возможным вкладом аномального эффекта Холла.

3. Поперечное МС в аморфных сплавах Fe100_xBx и композитах Со|00„х(СиО)х положительно в полях меньших поля насыщения, приложенных перпендикулярно поверхности образцов, что обусловлено особенностями их микроструктуры. Так, для композитов Со!00_х(СиО)х инверсное МС связано с сильным рассеянием на поверхностях окисленных гранул Со.

4. Коэффициент нормального эффекта Холла в гранулированных сплавах (Co70Fe30)xAgj()0_x с ГМС сильно зависит от температуры, а коэффициент АЭХ имеет знак противоположный коэффициенту АЭХ гомогенных сплавов Со — Fe, что подтверждает важную роль рассеяния на поверхности гра1гул в формировании АЭХ.

5. Для ферромагнитных композитов Co10Q_x(CuO)x правило Муиджи не выполняется: сопротивление возрастает до 320 ркОмсм при повышении температуры и не насыщается.

6. Холловское сопротивление рд композитов Союо-х(СиО)х сильно зависит от микроструктуры сплавов и формируется не только за счет нормального и аномального эффектов Холла ферромагнитной компоненты, но также за счет холловского вклада высокорезистивной второй компоненты, роль которой могут играть полупроводниковые окислы Со и Си, а также высокорезистивные межгранульные контакты.

Апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на международных и всероссийских конференциях: Всероссийском совещании по физике магнитных явлений, Астрахань, 1993; Международной конференции по жидким и аморфным металлам (LAM —9), Chicago, 1995; XV Всероссийской

конференции "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (НМММ), Москва, 1996 ; "Russian—Japanese Joint Seminar of intelligent Materials and Their Applications" (PMIMA), Moscow, 1996; NATO Advanced Research Workshop, 2d International Workshop Itinerant Electron Magnetism: "Fluctuation Effects and Critical Phenomena", Moscow, 1997. Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 8 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата. Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Объем диссертации составляют 196 страниц машинописного текста, включающих 75 рисунков, 5 таблиц и список цитируемой литературы из 164 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность изучения кинетических явлений в микро — и макронеоднородных сплавах переходных металлов и сформулирована цель работы.

Первая глава посвящена обзору результатов, достигнутых в настоящее время при изучении гальваномагнитных явлений в неупорядоченных магнитных материалах. Глава состоит из четырех самостоятельных частей (параграфов).

Параграф 1.1 посвящен современному состоянию исследований аномальных кинетических явлений в сплавах переходных металлов. Проведен критический анализ теоретических положений, используемых для описания эффекта Холла и магнитного сопротивления "классических" ферромагнитных материалов.

Параграф 1.2 касается ряда основных свойств аморфных магнитных материалов. Особое внимание обращается на описание гальваномагнитных свойств сплавов системы Fe —В, как наиболее интересных (модельных) среди большого числа аморфных ферромагнитных сплавов. В этой части приводится

обзор теоретических работ по аномальным кинетическим эффектам в аморфных ферромагнитных материалах и сплавах.

Параграф 1.3 содержит изложение немногочисленного к настоящему времени теоретического и экспериментального материала, посвященного исследованию гигантского магнитного сопротивления в гранулированных магнитных материалах.

В параграфе 1.4 дано описание современных моделей аномального эффекта Холла в гранулированных ферромагнитных материалах. Приводятся результаты экспериментальных исследований в этой области.

Во второй главе диссертации дано описание технологии приготовления образцов, приводятся подробные результаты структурных, спектральных и рентгеновских исследований.

Образцы системы Ре100_хВх с содержанием бора х = 9.9, 12.2, 13.1, 14.4, 18.1 аг.% были изготовлены в ГНЦ ЦНИИ Чермет им. Бардина методом закалки из расплава на вращающийся медный диск (§2.1). Толщина получаемых лент составила 20 — 25 ркм. Анализ сплавов на содержание примесей был выполнен в ЦНИИ Чермет. Результаты представлены в таблице I.

Таблица I. Содержание примесей (вес. %) в сплавах Ре-В

Примесь Ред0В10 РеВ9Ви ¡•ев-^и РеабВы

Са следы следы следы 0.01 следы 0.01

Мо следы следы следы 0.01 следы 0.01

Мп следы следы 0.01 следы 0.01 0.01

Со — следы — .....—

Р — — — — следы следи

С "0.01 0.01 — следы следы __" ~

N1 ..... _ — следы

Рентгеновский анализ образцов проводился на кафедре физики твердого тела физического факультета МГУ. Съемка проводилась в Мо К„ — излучении. Сплавы с содержанием бора 12.2, 13.1, 14.4, 18.1 ат.% оказались рентгеновски аморфными. Сплав Ре901В99 оказался двухфазным, состоящим из а—Ие и орторомбического борида о —Ре3В с решеткой цементита (РеС).

Образцы гранулированных сплавов системы (Со-уоГ^'зо)* Ад ню - х (х=19.1, 25, 29.9, 36 ат.%) получены в лаборатории "Фундаментальных исследований конденсированного состояния вещества" в г. Гренобль (Франция) (§2.2). Результаты структурных исследований опубликованы в работе [1]. Для изготовления образцов использовалась установка с системой двухкатодного напыления (на постоянном токе) с двумя независимыми антикатодами диаметром 50 мм, состоящими из сплава Co7oFe30 и из Ад. Напыление на стеклянную подложку происходило при комнатной температуре и температуре жидкого азота (77 К) в атмосфере Аг при давлении 0.810-3 Торр. Толщина пленок составляла 1 цм. Размеры образцов, которые использовались при исследовании кинетических эффектов, в плоскости подложки составляли 2 ммх7 мм. Концентрация магнитной компоненты Co70Fe30 контролировалась методами электронно—дисперсионной спектроскопии с использованием JEOL —JSM — 840А. Кристаллографическая структура образцов исследовалась ренгеноструктурными исследованиями в Со К а — излучении и электронной микроскопией (Transmission Electron Microscopy — ТЕМ) с использованием JEOL 200СХ и JEOL 4000ЕХ микроскопов [1J.

ферромагнитные гранулированные композиты Co100_x(CuO) х (х = 10, 20, 30, 40, 50, 60 вес.%) изготовлены в Институте металловедения в Швабиш Гмюнд (Германия) (§2.3). Там же на этих образцах были проведены структурные и рентгеновские исследования. Процесс приготовления сплавов состоял из следующих этапов: смешивание порошков металлического кобальта и полупроводниковой окиси меди; прессование порошков при давлении 0.8 тонны в течение 1 минуты при комнатной температуре (в результате были получены таблетки диаметром 15 мм и толщиной 3 — 4 мм); спекание при температуре 900 °С и отжиг при в вакууме Ю-5 шбар в течение двух часов. Из каждой таблетки при помощи тонкого алмазного диска изготавливались образцы размером 8x2x0.2 мм. Так как полученные композиты содержат полупроводник (СиО) и ферромагнитный проводник (Со), то следует ожидать, что при некоторой концентрации компонентов должен наблюдаться порог протекания. По данным предварительных измерений электрического сопротивления он наблюдается при концентрации кобальта ~ 32 вес.%.

Микроструктура всех композитов была изучена методами оптической микроскопии и сканирующей электронной микроскопии (Scanning Election Microscopy — SEM). Химический состав различных зерен, формирующих композит, определялся методом ректгено — спектрального анализа (Energy Dispersive X — ray Analysis — EDXA). Образование различных фаз после отжига контролировалось рентгеновским дкфрактометром Сименса (Siemens Diffractometer). Структурный анализ указывает на то, что после отжига образцов происходит образование фаз Со, СоО, C1I2O и Си. Из рис.1 следует, что доля металлического кобальта уменьшается, а доля оксида СоО растет с

10 20 30 40 50 60 70 X

Рис.1. Зависимость интенсивностей дифракционных линий фаз Со и СоО от концентрации оксида СиО в композитах Со!00-х(СиО1х

ростом концентрации СиО. При х > 60%, значительная часть Со окисляется и переходит в СоО. Это подтверждает результат химической реакции, согласно которому в процессе отжига при 900 °С оксид СиО в данных композитах превращается в Си20 с освобождением кислорода. Освобожденный кислород окисляет частицы кобальта в СоО, и с ростом концентрации СиО все большая часть кислорода приобретает способность окислять металлический кобальт.

Значительное место в это главе занимает описание экспериментальных методик, которые были использованы в диссертационной работе. В §2.4 описан четырехконтактный метод измерения кинетических эффектов, дано подробное описание установок, проводится анализ возможных погрешностей.

Особое место в данной главе отводится параграфу 2.5, где критически анализируются существующие в настоящее время в литературе методики определения коэффициентов Холла (нормального R0 и аномального Л,). Последний (§2.6) параграф данной главы содержит подробное описание основного в настоящее время прибора для измерения намагниченности — вибрационного магнитометра. Магнитометр был спроектирован и построен на кафедре магнетизма физического факультета МГУ. Его параметры (2-Ю"5 emu) не уступают лучшим зарубежным образцам.

Измерения магнитных, электрически, гальваномагнитных (поперечное магнитное сопротивление, эффект Холла) проводились в интервале температур 77 — 300 К и в магнитных полях до 20 кЭ.

Третья глава посвящена изложению экспериментальных результатов по сопротивлению, поперечного магнитосопротивлению и эффекту Холла в быстрозакаленных лентах Fe]00_xBx.

В параграфе 3.1 приводятся результаты измерений поперечного МС (для всех измерений приложенное магнитное поле перпендикулярно поверхности образца). На рис.2, в качестве иллюстрации, дана полевая зависимость поперечного МС образца с х=14.4 ат.%. Из рисунка видно, что в магнитных полях Н < 8 кЭ (ниже поля насыщения) МС положительно, достигает максимального значения при Н~ 8 кЭ, затем убывает и становится отрицательным в полях насыщения. Положительное МС в данном случае является необычным, так как в рассматриваемой поперечной геометрии в ферромагнитных однородных материалах МС обычно отрицательно. Данный положительный эффект может быть связан со следующими механизмами: И с лоренцевским магнитосопротивлением;

И с особенностями процессов намагничивания, обусловленных дисперсией

локальных осей магнитной анизотропии; Я с инверсным магнитосопротивлением при наличии неоднородностей типа кластеров с сильным спин — зависящим рассеянием.

Н, кое

Ар р(Я* 0)-р(Я = 0)

Рис.2. Зависимость поперечного магнитссопротивления — =----

от магнитного поля для аморфного образца Ре856при температурах 78 К, 172 К, 295 К

В параграфе 3.2 приводится ряд экспериментальных исследований полевых, температурных и концентрационных зависимостей холловского сопротивления и результаты выделения коэффициентов НЭХ (Л^) и АЭХ Полученные зависимости и Л,, от концентрации бора представлены на рис.2а,б. Отметим, что коэффициент определялся по высокополевой части холловского сопротивления, а по низкополевой. Из графика (рис.2а) видно, что 11'0 принимает большие положительные значения (20+70)' 10 ~12 Ом смТс-1 с максимумом при х=14.4 ат.%. Найдено, что этот коэффициент сильно зависит от температуры: так для сплава с х = 14.4 ат.% он изменяется при понижении температуры почти в 2 раза.

Коэффициент АЭХ слабо зависит от температуры (рис.2б), что является характерным для высокорезистивных систем, и имеет минимум при той же концентрации бора.

Рис.3. Концентрационные зависимости (а) коэффициента НЭХ R",; (6) коэффициента АЭХ Rh и электрического сопротивления р при температурах 78 К, 180 К и 295 К

Положительный знак типичен для сплавов на основе Яе и может быть объяснен наличием з —<1 гибридизации, при условии, что уровень Ферми лежит вблизи верха сЗ — зоны.

Максимум и минимум Л,, при х=14.4 ат.% связан с минимумом плотности состояний на уровне Ферми для этого состава. Необычным является сильная температурная зависимость которая может быть связана как с зависимостью параметров электронного спектра (плотность состояний на уровне Ферми, параметр в — <1 гибридизации) от температуры, а также с возможным вкладом АЭХ.

При исследовании АЭХ была предпринята попытка установления корреляции между и квадратом электрического сопротивления (р2), хорошо известной для механизма бокового смещения. Однако, такая корреляция не имеет места ни при изменении состава сплава, ни при изменении температуры. В частности, для нанокристаллического образца

иль сш и^Уд ии

1х = 9.9 ат.%)--и — одного знака, а для аморфных <0 и —>0. Кроме

аТ аТ аТ си

этого р немонотонно зависит от состава и не имеет максимума при х=14.4

ат.%. Надо отметить, что гальваномагнитные свойства сплавов Ре — В весьма

чувствительны к микроструктуре сплава, в частности, к переходу от

кристаллического к нанокристаллическому и от нанокристаллического к

аморфному составу, что может быть использовано для структурной аттестации

образцов.

Четвертая глава посвящена результатам исследования поперечного МС и эффекта Холла в гранулированных пленках (Со70Ре30)хАд100 обладающих эффектом ГМС. В отличие от аморфных систем, в этих системах существуют

хорошо определенные ферромагнитные гранулы размером 10-г-100А, и сильное спин — зависящее рассеяние на поверхностях гранул может привести к необычным новым гальваномагнитным эффектам. В частности, для этой системы (сплав с х = 36 ат.%) обнаружено одно из наибольших значений ГМС ~20% при комнатной температуре [1].

В параграфе 4.1 приведены данные по поперечному МС. Результаты наших измерений совпали с измерениями, проведенными на этих же образцах в лаборатории им. Луи Нееля (г. Гренобль, Франция), несмотря на то, что в диссертационной работе магнитное поле прикладывалось перпендикулярно поверхности образцов и использовались не прижимные, а приклеенные коллоидным серебром контакты. Для всех образцов поперечное МС отрицательно, значительно увеличивается при приложении магнитного поля и сильно зависит от температуры (рис.4),

В параграфе 4.2. приведены результаты по измерению эффекта Холла в гранулированных пленках (Со —Ре) Ад. Некоторые данные по полевым зависимостям холловского сопротивления представлены на рис.5.

Следует подчеркнуть два важных обстоятельства, вытекающих из этих данных. Во —первых, наклоны этих кривых при 77 К в слабом поле свидетельствуют о положительном коэффициенте АЭХ, тогда как для гомогенных сплавов Со70Рез0 этот коэффициент отрицательный (2).

-20 -

-40 -

а

<3 -80-

/

/

-100

-120 -

-20

-10

Т=166 К

Т=95 К

10

20

О

Н, кОе

Рис.4. Полевые зависимости

поперечного магпитосопротивления для неотожженного образца (Со70Рем)25Ад75 при температурах 95 К, 166 К, 293 К

12

Н, кОе

Рис.5. Полевые зависимости холловского сопротивления для неотожженного образца

(Со7оРезо)25Ад75 при температурах 97 К, 121 К, 176 К

Это однозначно указывает на важную роль рассеяния на поверхностях гранул в формировании АЭХ в гранулированных системах и является прямым подтверждением теории А.Б. Грановского и др. [3]. Интересно отметить, что недавно развитая теория АЭХ [3] предсказывает как возможное увеличение, так и уменьшение Нн. Для данной системы, учитывая, что Л, материала гранул близок к нулю [2], измеряемый эффект почти целиком связан с рассеянием на поверхности гранул.

Во —вторых, коэффициент НЭХ, который определяется наклоном холловских кривых в полях насыщения сильно зависит от температуры и меняет знак при Т = 210 К (рис.б). Сложный характер температурной зависимости Я'0 указывает на то, что носителями тока в данной системе не являются свободные электроны. Для этой системы Я,, сравнительно мало и поэтому погрешность определения истинного коэффициента НЭХ по высокополевой асимптотике ие превышает 10%.

И

о *

Е

о *

£ XI

О

200 240 Т. К

Рис.6. Температурная зависимость коэффициентов НЭХ и АЭХ для неотожжснного образца (СоТ0Резо)25&975

В пятой главе представлены результаты измерений намагниченности (§5.1), поперечного МС (§5.2) и эффекта Холла (§5.3) в ферромагнитных композитах Со|0о_х(СиО)х с содержанием х>хс, где хс - порог перколяции, равный для данной системы -68 %.

В параграфе 5.1 приводятся результаты полевой и концентрационной зависимостей намагниченности композитов Со100_х(СиО)х. Измерения намагниченности проведены при двух ориентациях поля — перпендикулярно и в плоскости образца. Для всех образцов в температурной интервале 77 — 300 К имели место типичные для ферромагнитных материалов кривые намагничивания с насыщением в полях ~8 кЭ. Изменения намагниченности с температурой не превышали 1% и не зависели от величины магнитного поля. На образцах с содержанием кобальта больше 40% в поведении намагниченности проявляются гистерезисные свойства.

На рис.7 показаны данные для электрического сопротивления этих композитов. Видно, что сопротивление сильно зависит от температуры,

Т, К

Рис.7. Зависимость электрического сопротивления р и температурного

1 ф

коэффициента сопротивления (вставка^ для некоторых стсшов

Со,00.х(СиО)х

возрастая до р = 320 цкОм-см и не испытывает тенденции к насыщению. Учитывая, что данные образцы имеют положительный температурный коэффициент сопротивления, такое поведение является неожиданным и свидетельствует о неприменимости к ним корреляции Муиджи, согласно которой сопротивление должно насыщаться при р~р" -150 цкОмсм. Так как образцы являются металлическими, то следует ожидать, что носители тока двигаются по металлическим связям по образцу и на своем пути испытывают сильное рассеяние на межгранульных контактах. По-видимому, именно с этим связано нарушение корреляции Муиджи и аномальное возрастание сопротивления с повышением температуры.

В этом же параграфе 5.2 обсуждается положительное поперечное МС для всех составов при комнатной температуре и для всех составов, з; исключением концентрации х = 60 всс.%, при низких температурах (рис.8).

Н, кОе

Рис.8. Полевая зависимость поперечного МС для сплава с х=40 вес. %Со

По аналогии с инверсным МС, недавно обнаруженным в мультислоя: [4]. Этот эффект можно назвать инверсным МС в гранулированных системах По нашему мнению, он связан с особенностями микроструктуры данны: сплавов. Структурные исследования композитов показали, что граггулы силык окислены (рис.1) и их поверхность представляет собой окисм антиферромагнитных полупроводников СоО, СиО, Си20. Таким образом поверхностный слой гранул, а также межгранульные промежутки являютс: высокорезистивным сплавом с локализованными магнитными моментами Поэтому естественно ожидать сильное спин —зависящее рассеяние на эти: интерфейсах, что и может при определенных условиях формироват положительное МС. В диссертационной работе в рамках модели Шенга —Лев: даны оценки амплитуды этого инверсного вклада и показано, что он може

достигать ~5% когда плотности электронных состояний с противоположными индексами спинов существенно отличаются.

Последний параграф главы V (§5.3) посвящен изложению необычного поведения холловского сопротивления в этих композитах. Хорошо известно, что в ферромагнитных металлах и сплавах наклон холловских кривых должен изменяться в окрестности поля насыщения, когда аномальное холловское сопротивление достигает максимального значения. Именно такое поведение имеет место для сплавов Ие —В и (Со — Ре)Ад. Однако в композитах "ферромагнитный металл — полупроводник" холловское сопротивление практически линейно вплоть до 20 кЭ при низких температурах (рис.9б). Это указывает на то, что аномальный вклад в холловское сопротивление в этих системах пренебрежимо мал. В то же время при комнатной температуре (рис.9а) полевые зависимости имеют обычный вид, но в полях насыщения

Фл

значения - аномально высоки и положительны.

<///

30

Е £ 20

Е .с О

О) ~ »

О

£ а

ю

Т=300 К (а) :

ь £

О

_» уло Со * Е

.с

• г' О

/ 70 Со «3 ~ 1

О

во Со г а

/ У* / 1

90 Со

во Со

в 12 Н, кОе

16

20

Н, кОе

Рис.9 Полевые, зависимости холловского сопротивления при (а) 300 К и при (6) 77 К для сплавов Со,0д.х(СиО)х

Для анализа этих данных в рамках теории эффективной среды, для системы содержащей ферромагнитные частицы с объемной долей х, сопротивлением р,, коэффициентом НЭХ й0|, коэффициентом АЭХ , намагниченностью Л/,, а также немагнитные частицы, характеризующиеся параметрами рг, , , Мг, используется выражение:

где А и С — коэффициенты.

Сделан вывод о том, что холловское сопротивление рь композитов Союо_х(СиО)х определяется не только вкладом нормального и аномального эффектов Холла ферромагнитной компоненты, но также и вкладом холловской высокорезистивной второй компоненты, роль которой могут играть полупроводниковые окислы Со и Си, а также высокорезистивные межгранульные контакты.

В заключении сформулированы результаты работы Список цитируемой литературы.

1. S.R. Teixeira, В. Dieny, A. Chamberod, С. Cowache, S. Auifret, P. Auric, J.L. Rouviere, O. Redon and J.Pierre. Giant magnetoresistance in sputtered (Co7oFe3o)xAg1_x //J. Phys.: Condens. Matter - 1994-6-P.5545

2. Р.П. Васильева, A.B. Черемушкина, С. Язлиев, Я. Кадыров. Эффект Холла и электрическое сопротивление системы железо — кобальт //ФММ—1974 — Т.38 —С.289

3. Granovsky A., Brouers F., Kalitsov A., Chshiev М. Extraordinary Hall elfect in magnetic granular alloys // J. Magn. Magn Mat. - 1997-V. 166-P. 193

4. Hsu S.U., Barthelemy A., Hoiody P., Loloee R., Schroeder P.A. and Fert A. Towards a unified picture of spin — dependent transport in and perpendicular giant magnetoresistance and bulk alloys //Phys. Rev. Lett. - 1997 - V.78 - P.2652

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. М Prudnikova, Т. Kozlova, V. Prudnikov, A. Granovsky. Hall effect and magnetoresistance in rapidly quenched Fe —В ribbons //J. Magn. Magn. Mat.—

1997- V. 166 —P.201

2. M. Prudnikova, A. Granovsky, V. Prudnikov. Hall effect in Granular (Co70Fe30)xAg1_x Alloys //Proceedings of the Russian —Japanese Joint Seminar "Physics and Modelling of Intelligent Materials and Their Applications" (PM1MA) — 1996-P.85

3. H.R. Khan. A. Granovsky, M. Prudnikova, F. Brouers, A. Vedyayev, A. Radkovskaya. Positive transverse magnetoresistance, magnetic and structural properties of Co100_x(CuO)x (10<x<70 wt.%) composites //J. Magn. Magn. Mat.—

1998-V.177-P.165

4. T.M. Козлова, M.B. Прудникова, Л.А. Архипкин, B.H. Прудников. Электрические и гальваномагнитные явления в аморфных ферромагнетиках //Тезисы Всероссийского совещания по физике магнитных явлений, Астрахань - 1993 - С. 134

5. V. Prudnikov, Т. Kozlova, М. Prudnikova, A. Granovsky. Magnetoresistance, Hall effect, Magnetization, Electrical resistivity in rapidly quenched Fe —В ribbons at the amorphisation boundary.//Abstracts,"38 — th Annual Conference of Magnetism and Magnetic Materials", Minnesota — 1993 —P. 150

6. M. Prudnikova, T. Kozlova, V. Prudnikov, A. Granovsky. Extraordinary Hail effect and magnetoresistance in rapidly quenched Fe —В ribbons //Тезисы IX Международной конференции по жидким и аморфным металлам (LAM —9), Chicago - 1995- Р.108

7. M.B. Прудникова, А.Б. Грановский, В.Н. Прудников. Эффект Холла в гранулированных сплавах системы (Co70FeM)xAgi00_x //Тезисы XV Всероссийской школы — семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники", Москва— 1996 —С.175

8. H.R. Khan, A. Granovsky, М. Prudnikova, V. Prudnikov. Transverse magnetoresistance in Co,00_x(CuO)x system //Abstracts, 2d international workshop "Itinerant electron magnetism, fluctuation eifccts and critical phenomena"— 1997 —P.11