Переходы металл-диэлектрик в сульфидах марганца тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

е л РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ - ИНСТИТУТ ФИЗИКИ им.Л.В.КИРЕНСКОГО

На правах рукописи УДК 537.31Т.3;537.622

Рябинкина Людмила Ивановна

ПЕРЕХОДИ МЕТАЛЛ - ДИЭЛЕКТРИК В ОТШДАХ МАРГАНЦА

01.04. II - физика магнитных явлений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на ооискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Краевоарск-1993

Работа выполнена в лаборатории резонансных свойств ыэгни-тоупоредоченных веществ Института физики имени Л.В.Киренского СО РАН.

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

пгтфеосор Овчинников С.Г.

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Лосева Г.В.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Маковецкий Г.И.

доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Эделшан И.С.

Ведущая организация: физшсо—технический институт

имени А.Ф.Иоффе РАН (г. Санкт-Петербург)

Защита состоится " 10 »^Ш^/и 1993 г. в час.

на засепании Специализированного совета Д 002.67.02 по защитам диссертаций при Институте физики им.Л.В.Киренского СО РАН.

Адрес: 660036, Красноярск, Академгородок, Институт физики.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики им. Л.В.Киренского СО РАН.

Автореферат разослан " Н " Н^Л'В^иЯ-1993 г.

Учений секретарь

Специализированного совета ^

доктор физико-математических наук Вальков В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последние годы одним из основных объектов исследований перехода металл-диэлектрик (1ВД) являются неупорядоченные системы (нацример, магнитные полупроводники, спиновые стекла, сверхпроводящие металлооксидные соединения и т.д.). В неупорядоченных системах довольно часто реализуется одна из разновидностей ЩЦ - переход типа Авдероона, связанный с локализацией электронов на пороге подвижности зоны проводимости. Экспериментально переход Андерсона реализуется в неупорядоченных системах при критических значениях либо концентрации компонент либо температуры Тс, либо давления Рс, либо магнитного поля Нс.

Одним из актуальных вопросов при исследовании ЩЦ в магнито-упорядоченных оистемах является изучение взаимосвязи меаду электрическими и магнитными свойствами, что открывает в перспективе возможности для получения новых материалов с заданным комплексом физико-технических параметров, необходимых для создания приборов и устройств, использующих явление ЕМД (например, тердорезисторы, датчики низких температур с релейной температурной зависимостью электросопротивления, элементы "памяти").

Перспективными материалами для исследования эффекта ЩЦ являются магнитоупорядоченные моносульфиды 3<я£ -металлов и их твердые растворы, претерпевающие ПМД. Особенности энергетического спектра монооульфидов переходных металлов (в частности, экспериментально установленное перекрытие зон -металла и серы) обусловили широкий диапазон и многообразие сочетания их электрических и магнитных свойств в отличие от окислов.

Моносульфвды 3¿А-металлов кристаллизуются в структурно типе ЖА5 (В8), за исключением который имеет структуру

у//аМ{В1). Моносульфид марганца о£тМпЗ отличается от моносульфидов ЗЛ-металлов как структурой, так и другими физическими свойствами. аЬМп5 не претерпевает перехода металл-диэлектрик по температуре. Однако, как и антиферромагнитные (АШ) моноокислы МпО, МО со структурой м^чосульфвд марганца, по-видимому,

можно отнести к изоляторам Могт-Хаббсрда. Исходя из общих свойств мотт-хаббардовских диэлектриков, в оСгМп5 ;:ожно ожидать появления металлических состояний при изменении состава и иод влия»ием давления.

Создание магнитоупорядоченных сие: см с 1ВД на основе , гтМп5,

комплексное изучение юс физических свойств, явления НМД, а также взаимосвязи мегщу электронными и магнитными превращениями в этих системах является актуальной задачей. Все вышеизложенное определило цель диссертационной работы.

Целью работы является создание ооединений сульфидных систем I экспериментальное изучение структурных,тепловых, электрических и магнитных свойств систем сСгМпцЗ и твердых растворов Мвх^п^.З на основе ЛгМпЗ ; поиск и изучение возможностей реализации явления перехода металл-диэлектрик в исследованных си-отелах в зависимости от состава, температуры, давления и при катанном замещении; анализ электронной структуры и магнитных фазовых диаграмм этих систем; исследование взаимосвязи меаду электронными и магнитными превращениями в сульфидных системах с ГЦК-рьшеткой <кгМп5.

Новизна результатов. Проведено комплексное исследование фи-з'-ческих свойств (структуры, тепловых, электрических и магнитных свойств) систем АШ полупроводников <£гМпхЬ и твердых растворов М&хМгч-хЗ (Ге=>Сг,[-е ) в зависимости от состава, температуры, давления и магнитного поля.

Впервые установлено, что оносульфцц марганца претерпевает переход металл-диэлектрик по концентрации и под давлением. В области Ту в ¿ЬМпхЗ выявлена и исследована аномалия диэлектрик-полупроводник.

В системах тверг.чх растворов М&х Мл 1-х $ уотановлены переходы металл-диэлектрик типа Андерсона и магнитные превращения по концентрации и по температуре. В в области прсмеау-

точных состьзов обнаружено возшкновение спонтанной намагниченности. Построены магнитные фазовые диаграммы систем, которые согласуются с расчетами методом Монте-Карло.

Установлена и изучена взаимосвязь между электронными и магнитными превращениями в неупорядоченных системах магнитных полупроводников на основе оС~МпВ. Сделан вывод, что переходы металл-диэлектрик как по концентрации, тьк и по температуре связаны с изменением магнитног порядка.

Научная и практическая ценность. Получены новые данные о физических свойствах и явлении ЩД в системах АШ полупроводников л твердых растворов МехМп/-х$, созданных на основе игМпБ. Переходы металл-диэлектрик, установленные в системах

Ие* Млрассматриваются как переходы андерсоновского тчпч, связанные с изменением магнитного упорядочения.

Обнаружение электронных и магнитных переходов в исследованных соединениях, анализ и теоретические расчеты полученных данных способствуют дальнейшему изучению взаимосвязи между электронными и магнитными превращениями в неупорядоченных системах с конкурирующими обменными взаимодействиями.

Практическая ценность работы состоит в том, что направленное изменение физических свойств (состав, температура, давление, магнитное поле) дают возможность получать новую информацию, полезную для развития теории НМД в магнитоупорядоченных соединениях, а следовательно, целенаправленно создавать новые материал" с заданными физико-техническими параметрами и с широким диапазоном электрических и магнитных свойств, в том числе и с переходом металл-диэлектрик, что важно для твердотельной электроники.

На заииту выносятся:

1. Результаты комплексного исследования структуры, тепловых, электрических и магнитных свойств систем антиферромагнитных полупроводников </сМпх 5 и твердых растворов М&хМгц-хЗ {Ме = Сг , Ге ) с ГЦК-решеткой с^гМпЗ в зависимости от концентрации, температуры, давления и магнитного поля.

2. Результаты исследования низкотемпературной аномалии диэлектрик-полупроводник в моносульфвде марганца в области магнитного разового перехода.

3. Данные по переходам металл-диэлектрик в <^Мп5 под давлением и по концентрации.

4. Результаты исследования переходов металл-диэлектрик типа Авдерсона и магнитных переходов типа порядок-порядок как по концентрации, так и по температуре в системах твердых растворов ИвхМщ-хЗ (№= Сг,/ё ).

5. Вывод о взаимосвязи меяду электронными и магнитными превращениями в неупорядоченных системах о переходом металл-диэлектрик типа Авдерсона.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на 1-ой Международной конференции по фиуике магнитных материалов (Польша, Яшовец, 1980); УТ-ой Всесоюзной конференции по химии, физике и техническому применения халькогендцо!! (Тбилиси,

Пасанаури, 1983); Всесоюзном семинаре "Сегнетоглектрики, магнитные полупроводники - новне перспективные материалы электронной техники" (Москва, 1984); Пятой Всесоюзной конференции по кристаллохимии интерметаллических соединений (Львов, 1989); Научно-технической конференции "Перспективные материалы твердотельной электроники" (Минск, 1990); ХП Всесоюзной конференции по физике полупроводников (Киев, 1990); I Республиканской межвузовской научной конференции "Актуальные проблемы физики твердого тела, радиофизики и теплофизики" (Ашхабад, 1951).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы, содержащего 100 наименований. Диссертация изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 37 рисунков и I таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ

Во введе!иИ1 обосновали актуальность темы исследований, выбор об?эктов, сформулирована цель работы, описана структура диссертации. Оточена новизна и практическая ценность результатов, выносим!х на защиту.

Первеч глава представляет собой обзор литературы. В нем рассмотрены физические свойства и электронная структура рада изо-струкоурных моносуль*вдоя Зс£-металлов о ЕМД. Анализируются некоторые механизмы перехода металл-диэлектрик, которые могут реели-эоваться в сульфидных соединениях переходных металлов, в частности, в веществах о локализовавший магнитными моментами и в не-угэрядоченных системах. Дан обзор экспериментальных работ по ио-следохзнию структуры, тепловых, электрических и магнитных свойств моносуяьфвда марганца. Рассмотрена схема зонной структуры магнитного полугповодника в радшах многоэлектронной конфигурационной модели.

В заключение обзора сформулирована постановка задачи.

Во второй главе приводятся технологии получения поликристал-лкгеских образцов сульфидов марганца и твердых растворов, синтезированных на основе £гМпЪ методом вакуумированных кварцевых ампул из чистых элементов (марганца, хрома, железа и серы чисто-

ты 99,9995?). Исходные реагенты брались в соответствующих количествах, просушивались и помещались в кварцевые ампулы, которые ва-куумировалисъ до остаточного давления 1СГ3 мм рт.от. и затем герметически запаивались с помощью кислородной горелки. Синтез проводился в вертикальной электропечи с силитовыми нагревателями. Шихта разогревалась до 900°С в течение 10 часов, выдерживалась при этой температура в течение недели и затем охлавдалась до 400°С со скоростью 20°/чао о последующим охлаждением с печью. В результате синтеза получались вещества в виде плотных слитков, которые растирались в агатовой или яшмовой ступке до мелко-дио-персного порошка. Из полученного порошка для электрических измерений прессовались бруски в виде параллелепипеда, которые помещались в кварцевые ампулы специальной формы, затем откачивались, запаивались и отжигались при 1000®С в течение нескольких часов.

Для исследований электропроводности использовались также монокристаллы оЬМпБ,. созданные в Институте стали и сплавов РАН из расплава поликристаллической шихты, полученной методом ва-куумированных ампул. Для расплава шихтч использовался индукционный нагрев в герметичной камере в атмосфере гелия при температуре ~ 1620+ 1650°С.

Для исследования физических свойств созданных сульфвдных систем были использованы следующие экспериментальные методггои: рентгеноструктурный и дифференциально-термический (ДТА) анализы в области 3004-1200 К. Кривые ДТА снимались на дериватографе фирмы МСМ системы Ф.Паулик, И.Паулик и Л.Эрцей со скоростями 2,5; 6 и Ю°/мин. Исследуемое вещество помещалось в откачанные кварцевые ампулы специальной форды. Высокотемпературные рентгеновские исследования проводились в вакуумированной камере дифрактометра ДРОН -2,0 в монохромагазированном излучении СоК^ с использованием высокотемпературной приставки ПШТ-1500. Измерения удельного электросопротивления проведены 4-зовдовым компенсационным методом в вакуумной камере термостата в интервале 77+1000 К с помощью потенциометрической установки У-355. Измерения низкочастотной диэлектрической прошщаемооти :: электропроводности на переменном токе проведены в области температур 80+300 К с помощью моста емкостей Е8-2 на частоте I кГц. Измерена электросопротив-лэния оС~МпЗ под давлением проведены совместно с И5 ВД РАН в интервале 77+300 К в области давлений до ~ 200 Кбар. Магнитная

восприимчивость и намагниченность измерены на магнитных весах, бе тлистической установке и вибрационном магнитометре в интервале температур 1,5*800 К. Бее измерения выше 300 К выполнены в ваку-умированных кварцевых ампулах.

В третьей главе представлены новые данные по изучению электрических, магнитных свойств ч явления 1ВД в системе антифарромаг-нитных полупроводников оСrMnKS при изменении соотава, тампера-туры и под давлешем.

В области антиферрсмагнитного перехода (Ту^150 К) в вш-алена аномалия диэлектрик-полупроводник, которая сопровождается уменьшением электросопроп^зленля на шесть порядков при увеличении температуры до 300 К, возрастанием энергии активации в пара ^азе на порядок до ~ 0,3 аВ, а также искажением решетки и пикая теплоемкости.

С целью изучения физических свойств антиферромагнитной диэлектрической и парамагнитной полупроводниковой фаз <£-MnS проведены измерения низкочастотной диэлектрической проницаемости и электропроводности на переменном токе, которые выявили четкую ансмалрто при ~130 К, что позволило сделать предположение о существовании структурных изменений в o(rMnS при этой температуре, связанных со скачкообразной инверсией знака угла ромбоэдрического искажения Jh , согласно данчнм Хейкенса. Из магнитооптических измерений монокристаллов сirMnS определена температура структурного перехода в ромбоэдрическую фазу при -'162 К.

В настоящей работе переход металл-диэлектрик в моносульфвде марганца получен двумя способами: высоким давлением и при изменении состава в оСгМпцЗ % т.е. .:ри изменении X. Переход стехисмат-ричного oC-MnS в металлическое состояние под давлением изучался в антиферромагнитной и парамагнитной фазах. Установлено, что в JrMnS при 300 К наблвдается переход полупроводник-металл со скачком электросопротивления более, чем на порядок в области давлений ~140 Кбар. Удельное электросопротивление фазы высокого давльния составляет 10^ 0м»см, что свидетельствует о низкой подвижности носителей. Согласно анализу электронного энергетического спектра ctrMnS под давлением, металлизация сЬМпЪ в дан- ' ном случае вызвана пересечением потолка валентной зоны с локализованным ¿¿-уровнем марганца.

Иссльдования структуры, тепловых, электрических и магнитных

свойств А{М полупроводников о(гМпхЗ (0,9;£ Х*= 1,25) показали, что образцы этой системы сохраняют структуру моносульфвда марганца, кШ упорядочение и аномалии диэлектрик-полупроводник вблизи Ту, температура которой смещается в область низких температур с возрастанием X (рисЛ). Анализ температурных зависимостей электросопротивления &£/(1/Т) для образцов системы оЬМпх5 в области 300*500 К показал, что возрастание концентрации марганца X от ~0,9 до -»1,05 приводит к уменьшении электросопротивление на ~ 2,5 порядка. Температурный и концентрационный ход кривых

(1/Т) для ¿кгМпх,5, согласно Мотту, типичен для неупорядоченных систем о переходом металл-диэлектрик в облети Хд^ 1,05. Концентрационный ЩЦ в этой оистеме андерсоновского типа, происходит в парафазо и не сопровождается изменениями кристаллической решетки.

Согласно зонной схема плотности состояний ¿тМп*£> в пара фаза, о увеличением X возрастает структурный беспорядок, что приводит к появлению хвостов плотнооти электронных состояний и обраг-1-ванию псевдецели о порогами подвижности вблизи валентной зоны £4 и вб.тази дна примесной зоны . Сближение порогов подвижности и £л о ростом X приводит к пересечению уровня Ферми, и при Хс^1,05 реализуется ЩЦ по концентрации, характерный для неупорядоченных систем.

Четвертая глава содержит результаты комплексного исследования структуры, ДТА, электропроводности, магнитной восприимчивости и намагниченности твердых растворов Ме^Мп^/. Я (Ме.~Сг, ¡е )» синтезированных на основе аСгМпё. Исследуются температурные и концентрационные зависимости электрических и магнитных свойств, явления 1ВД и его взаимосвязи с магнитным порядком.

При замещении марганца хремом в системе Сгх Мгц-х <5 (0^X^0,7) по мере возрастания X экспоненциальный характер кривой в магнитоупорядоченной области изменяется от типично полупроводникового до полуметаллического с уменьшением величины электросопротивления на 8 порядков относительно аСгМпв. ■ При этом энергия активации также уменьшается, и для X « 0,67 зависимость (1/Т) имеет безактивационный характер, ^емператур-ный и концентрационный ход кривых (1/Т) для различных X позволяет сделать вывод, что в системе твердых растворов Сг^Мт-хЗ в магнитоупорядоченной области ицеет место перзход металл-диэлек-

трик по концентрации в области Х(, ~ 0,67.

Температурный ход удельного электросопротивления образцов СгхМп,-х5 в пара фазе (Т^Т^) типичен для полупроводников с энергией активации ~ 0,24 эВ. Составы с Х^О.Б в антифорромаг-нитной об"зсти (Т^Т^г) имеют тип проводимости, характерный для полуметаллов. То есть в этой системе для составов с Х^- 0,5 в области Ту имеет место НМД по температуре с инверсией фаз. При это.л низкотемпературная кШ фаза проявляет полуметаллические свойства, в то время как для высокотемпературной пара$азы характерен полупроводниковый тип проводимости. Температура ПМД, совпадающая с , пиком ДТА и изломами в температурной зависимости электросопротивления, смещается в область высоких температур о возрастанием X.

Температурные измерения магнитной восприимчивости показали, что исследуемые твердые растворы являются антиферромагнетиками с величиной ЖзооК'; (60+70) «10*^ ед.СПМ/г. Температура Нееля Т^ 1.ри этш возрастает от ~148 К для оЬМп5 до ~ 240 К для Х- 0,67 и согласуется с определением Тд- из нейтронографических исследований, а также с нашими данными по электропроводности.

Результаты измерений магнитных свойств и расчетов, проведенных С.С.Аплесниннм методом Монте-Карло, позволили построить магнитную фазовую диаграмму системы.на плоскости нормированная температура Гэеля - концентрация, которая представлена на рис. 2. Антиферромагнитная структура II типа, характерная для с£гЛ7л5, постепенно изменяете х, и при концентрации Х^ 0,5 появляется маг-кдтная структура I типа. В интервале 0,5 й X 0,67, согласно расчетам, на фоне появившегося дальнего порядка I типа, вероятно, существуют микрокластеры с ближним магнитным порядкем II типа. Для составов с X > 0,67 микрокластеры исчезают и наблюдается только АШ упорядочение I типа, что согласуется с нейтронографи-чески.,и исследованиями Бурлета.

Та гаг : образом, экспериментальные исследования и расчеты по-казг ти, ч"") в системе СГхМпы$ 0 возрастанием X происходит изменение электронного (переход металл-диэлектрик) и магнитного (от II типа к I типу) упорядочения в области критической концентрации Хс - 0,6Г*.

В работах Г.А.Петраковского и С.С.Аплесшша было показано, что при смешивании двух внтиферромагнетиков с ГЦК решеткой с II и I типами упорядочения возмонно кардинальное изменение магнит-

ного порядка в промежуточной области концентраций, например, возникновение ферромагнетизма. С этой точки зрения представляет интерес система твердых растворов FexMnhxS, созданная на основе двух антиферрдаагнетиков: fe5 и Мп5 . Исследования физических свойств и явления ЩЦ в этой системе проведены с целью изучения взаимосвязи меаду электронными и магнитными превращениями.

На рис. 3 представлены температурные зависимости удельного электросопротивления J> для образцов системы. k^Mnt-xS (0<X¿0,7). С возрастанием концентрации железа в enorme образцы с Г-^Х£0,36 сохраняют полупроводниковый тип проводимости, характерный для c¿~MnS, с уменьшением энергии активации в области 150+300 К до ~ 0,12 зЗ. Температурные зависимости удельного электросопротивления для составов с 0,4.-áX^0,6 имеют безактявагдогашй характер, типичный для полуметаллов, с уменьшением J) при 77 К примерно на восемь порядков. Концентрация Xq - 0,4 для системы является критической, так как при этой концентрации происходит смена типа проводимости от полупроводникового до полуметаллического, т.о. здесь мы имеем ЕМД по концентрации типа Андерсона, характерный для неупорядоченных систем с Хд^О^.

Анализ экспериментальных данных температурных зависимостей параметра решетки, кривых ДТА, намагниченности, удельного электросопротивления для составов с 0,3¿S~Q,5 показал, что исследованные составы сохраняют структуру JrMnS в области 300+1000К. Переход металл-диэлектрик по температуре в этой систгче (1¡.~700K) сопровождается сменой типа проводимости от полупроводникового до полиметаллического, происходит в области обрэтшой эндотермической аномалии в магнитоупоредоченной фазе без изменения симметрии кристалла.

Исследования магнитных свойств системы Fex Мл>-х3 включали измерения магнитной восприимчивости намагниченности, спонт иного магнитного момента, петель'гистерезиса в зависимости от концентрации (0^X^0,7), магнитного поли ( Н до 20 кЭ) в широком температурном интервале (от гелиевых до 800 К).

Для образцов о 0,05^X^0,2 в области 77+700 К сохраняется величина и температурный ход магнитной восприимчивости, характерные для антиферрсмагнетиков. По мере увеличения концентрации железа X до ~ 0,2 магнитная восприимчивость при 300 К возрастает в ~ 3 раза, а температура Нееля (Ту ) от -148 до ~210 К. В области высоких температур Т>600 К парамагнитная тестература Кюри

швея положительный знак, чхо свидетельствует о появлении сильных ферромагнитных связей ыеаду атомами марганца и железа. В об-, ласти температур ~ 35-*37 К для этих составов обнаружен резкий максимум намагниченности в поле Н = 700 Э, который связан, вероятно, о изменением типа ближнего А£М порядка» что подтвердили расчеты С.С.Аплеснина. Ниже~35 К существует А®! упорядочение II типа. Выше ~ 35+37 К магнитная отруггура представляет собой неупорядоченный АЗМ с тремя типами упорядочения в ГЦК решетке, расположенных хаотически. При температурах Т> 150+180 К дальний. АЗМ порядок исчезает, изгленяется тип ближнего порядка с антифер-рсмагштного на ферромагнитный. Существование развитого ближнего ферромагнитного порядка или суперпарамагнетика обусловливает нелинейное поведение зависимости намагниченности от внешнего поля для 0,05^X^0,2.

На рис. 4 представлена температурные зависимости намагниченности для составов о концентрациями кэлеза 0,3^X^0,6 в поле Н =700 Э в интервале температур 300+800 К.

Величина и температурный ход намагниченности этих ооставов свидетельствуют о существовании дальнего ферромагнитного порядка в системе. Спонтанный момент, обнаруженный для Х^О.З, во внешнем магнитное поле имеет петлю гистерезиса. Концентрационная зависимость намагниченности б" (X) при 300 К в пата насыщения Н = 6 кЭ имеет минимум длн Х<*0,5, связанный о конкурирующими анизоародиямк ионов иелеза и марганца. Крайние члены ряда Мл2 (1=0) и И5 (Х= I) является антиферромагнетиками, в то врегля как промежуточные составы о 0,3 0,6 характеризуются возникновением ферромагнетизма, что подтверждают также ЯГР-спектры исследованных образцов.

На основе экспериментальных данных и расчетов была построена магнитная фазовая диаграмма системы на плоскости температура-концентрация. составов о 0^X^0,3 мокло выделить области антиферршагнитного (А5М), суперпарамагнитного (СПМ) и парамаг-1Штногс (Ш) состояний. Составы о 0,3^X^0,6 характеризуются возникновением спонтанной намагниченности. Для этих составов установлены. магнитные переходы по концентрации и температуре. Для Х£р- 0,3 реализуется переход по концентрации САШ. - неупорядоченный <Ш), а при Тк~ 750+800 К эти составы претерпевает переход по температуре (неупорядоченный Ш - Ш).

Как было сказано ранее, в системах твердых растворов

250 167 125

8 6 4 2 0

8 10 ЮЗ/Т.К-1

Рио.1. Температурные зазисдаости удельного электросопротивления оСгМпхб. X: 1-1,0; 2-1,05; 3-1,25; 4-0,9.

1,0 X

Рио.2. Зависимость нормированной температуры Нееля Ту (Х)/Тл(0) от концентрации атомов дрша X в системе 0£Л7л е-эксперимент; о-расчет.

500 250 167 125 100 Т,К

Рис.3. Температурные зависимости удельного электросопротивления РехМп1--х 5 ■ X: I - 0; 2 - 0,3; 3 - 0,33; 4 - 0,36;. 5 - 0,4; 6 - 0,5; 7-0,6.

Рис.4. Температурные зависимости намагниченности

1ЪхМп,-х5. X: 1-0,3; 2-0,4; 3-0,5; 4-0,6.

МехМт-хЗ (Ме= Сг, Ре ), созданных ка основа оЬМп$, с возрастанием X происходит изменение как электронного, так и магнитного упорядочения. Б системе СгхМп,..х5 переход металл-диэлектрик и изменение А® упорядочения от II т;птз к 1-шу происходят в области одной и той же критической концентрации Х^О.67. В системе /£хЛ7по мере возрастания X смене типа проаодаости в области Х-ог 0,4 предшествует зарозденио магнитного порядка .со спонтанным магнитным моментом при ХКр=*0,3.

Далокалнзация носителей и появление спонтанного момента в АШЧ полупроводнике взапмообуславлнвают друг друга. Переход от ак-тиферрсмагнитной структура к ферромагнитной с >зрововдается утиранием зоны. Подобное укнрште происходит в Сгх МпнхЗ ПР:1 переходах мезду разными бнтифэррсмагнитнымя фазами, например, II типа I тип. То есть о ростом X происходит угаярение зон как за счет структурного беспорядка, так и за счет изменения магнитного порядка.

Согласно схема плотное гл. состояний системы /ё* пред-

лежехшой С.Г.Овчинниковым, л исходном (Х=0) потолок ва-

лентной зоны образован гибридными 1>ч1-состояниями, а б^шзкайшая пустая зона - ото узкая &-зона. С ростам X появляется пеовдо-щэль локализованных состояний с порогами подвижности ¿ц, и , причем движется шаз как вследствие роста структурного беспорядка, так я з рззультатз уширенля ¿¿-зоны при изменении магнитного порядка. Из-за роста концентрации электронов о возрастанием X уровень Ферми движется вверх, пересекая приХ=Хс.

. Такш образом, кощентрэциоюш*,. переход полупроводник-металл, наблвдаемяй в системе является переходом типа Авдерсона и связан с изменением магнитного порядка.

В заключении сформулированы основныо результаты диссертации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Проведаны комплексные исследования структур^ тепловых,, электрических, магштшх свойств в зависимости от состава, температуры, давления, магнитного поля систем А5М полупроводников оС~Мпхв и твердых растворов МехМщ-хВ, синтезированных на основе с^ 'Мпо.

2. В систоле ЛгМпх 3 устзнсдпенн пароходы металл-диэлектрик по концентрации в области Хд-1,05 и под давлением в ЛгМпЗ

(X =0) в областг 140 Kdap. Концентрационнцй 1ВД в otrM/ixS типа Андерсона, происходит в парафаза и не сопровождается изменениями в симметрии кристалгаческой реиетки.

В области антиферромагнитного перехода в оСгМлх$ выявлена аномалия диэлектрик-полупроводник, температура которой коррелирует с Tjy и смещается в область низких температур с возрастанием X.

3. В системах твердых растворов Me,xMnt-x$ с ГЦК-решеткой JrMnS впервые установлены переходы металл-диэлектрик типа Андерсона и магнитные переходы типа порядок-порядок как по концентрации, так и по температуре. В системе CfyMnt-x'J в области критической концентрации 3^-0,67 происходят концентрационный ПМД и изменение кШ упорядочения от 11-го типа к 1-ому. Для составов с 0,5^X60,67 в области Ту реализуется ПМД по температуре.

4. В системе FexMm-xS-, созданной на основе двух кШ моносульфидов FeS и МnS, при ХКр^0,3 установлено возникновение спонтанной намагниченности, котороэ предшествует концентрационному ЩЦ в области Xj.^0,4. Для составов о 0,3=6Х£0,5 обнаружен высокотемпературный переход полупроводник-полуметалл (Тс~700 К).

5. В результате анализа физических свойств и электронной структуры систем магнитных полупроводников МвхШгхЗ, созданных на основе c£-MnS, установлена взаимосвязь менаду электронными и магнитны,ш превращениями.

Сделан вывод, что перестройка электронного энергетического спектра, характерного для неупорядоченных систем с переходом металл -диэлектрик типа Андерсона, коррелирует с изменением магнитного порядка.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

I. Лосева Г.В., Рябинкина Л.П., Емельянова Л.С., Баранов A.B. Электрические и магнитные свойства сульфидов марганца//ФТТ.-1980.-Т.22, в.I2.-C.3698-3700.

Лосева Г.В., Рябинкина Л.И., Баранов A.B. Физические свойства магнитных полупроводников л-Mnxs //Магнитные и резонансные свойства магнитных материалов.-Красноярск: Ин-т физики, 1980. С.131-138. .

3. Petrakovakii O.A., Loaeva G.V., Sokolovich V.V., RyabinJcina L.I. Monosulphides of 3d-metals (Cr,lSn,?e) and thflr solid 30luti0na//"Physica of Magnetic Materials", Proceedings of Conferences in Physics.-Wroclaw.-1981.- V.1.- P.255-259.

4. Рябинкина Л.И., Лосева Г.В., Баранов A.B. Электрические свойства MexMn1_xs (Me=Cr,Fe) // Магнитные, электрические и резонансные свойства магнитодиэлактршсоз.-Красноярск: Ин-т физики, 1982. -С.158-164.

5. Ryabinkina L.I. and Loseva S.V. Influence of non-otoi chiometry and cation substitution on the electrical properties of ¿¿-MnS/ZPhya.Stat.Sol.(a).-1983.-V.Ü0.-K..79-182.

6. Лосева Г.В., Рябинкина Л.И., Овчинников С.Г., Еапков O.A. Переход металл-диэлектрик в оистеме РехМп1_хз// ФТТ.-1983.-Т.25, в.12.-С.3717-3720*

7. Рябинкина Л.И., Лосева Г.В. Электропроводность.сульфидных систем на основе «¿-Mns // Магнитные и резонансные своГ лва магнитодиэлактрихов.-Красноярск: Ин-т физики, I985.-C.215-223.

8. Лосева Г.В., Рябинкина Л.И., Сшгк АЛ. Высокотемпературный переход металл-неметалл в ie^Mn^s П OTT.-1986.-Т.28, в.2.-С.596-598.

9. Лосева" Г.В., Овчинников С.Г., Рябинкина Л.И. Особенности электропроводности в антифарромагнитных полупроводниках «¿-Mn^s

. J J ФТТ.-1986.-Т.28, B.7.-G.2048-2052.

10. Loseva G.V., Ryabinkina L.I. Electrical and magnetic properties of the antiferromagnetic semiconductor d. -Kn^.3//

Phys.Stat.Sol.(a).-1986.- V.96, .Jo.2.- K.195-197.

11. Лосева Г.В., Овчинников С.Г., Рябинкина Л.И. Электронная структура и электропроводность антиферромагнитных полукровод-ников cL -Mnxs. - Препринт № 357ф.-Красноярак: Ин-т физики, 1985.-18 с.

12. Дрокин H.A., Овчинников С.Г., Рябшшша Л.И. Фотопроводимость oL-linS и Ыпо //Ш.-1987.-Т.2Э, B.6.-C.IS25-I628.

13. Лосева Г.В., Рябинкина Л.И. Диэлектрическая про1^гдаемость и электропроводность oC-MnS в анти^ррадапштной области//ФТТ,-I987.-T.29,в.I0.-C.3140-3141.

14. Лосева Г .В., Рябшшша Л.И., Овчинников С.Г. Переход металл-диэлектрик в неупорядоченных халькогешуцшх снотемах/УФизиче-ские свойства магнитодиэлектрпков.-Красноярск: Ин-т физики, I987.-C.95-113.

15. Рябинкина ü.M.,- Лосева 1.В., Овчинников С.Г., Жеребцова Л.И. Низкотемпературная аномалия диэлектрик-полупроводник в моно-сульфвде марганца/уФизическив свойства магнитодиэлектриков.-Красноярск: Ин-т физики, I987.-C.186-192.

16. Морозова Т.П., Заблуда В.Н., Рябинкина Л.И., Малаховский A.B. Оптические и магнитооптические свойства оС-ша - Препринт

J& 524Ф. - Красноярск: Ин-т физип, I988.-23 с.

17. Лосева Г.В., Рябинкина Л.И., Овчинников С.Г. Переход металл-диэлектрик и антиферромагнитный порядок в Crxb!ni_xs //ФТТ,-

1989.-Т.31,в.3.-С.45-4;/.

18. ПетраковскиЙ Г.А., Аплеснин С.С., Лосева Г.В., Рябинкина Л.И. Магнитная фазовая диаграмма антиферрдаагнитных полупроводников CiyJn^s У/ ОТ.-1989,.-T.3I.B.4.-C.172-176.

19. Малаховский A.B., Морозова Т.П., Заблуда В.Н., Рябинкина Л.И. Оптичеокие и магнитооптические свойства об-ЫпЗ и их связь о фазовыми переходами П ФТТ.-1990.-Т.32,в.4.-С.1012-1019.

20. Рябинкина Л.И., Лосева Г.В. Концентрационный переход металл-диэлектрик в антиферремагнитшх полупроводниках «¿-Мпхз // Физические овойства магнетиков.-Красноярск: Ин-т физики,1990. С.156-162.

21. Лосева Г.В., Рябинкина Л.И., Овчинников С.Г. Переход металл-диэлектрик и электронная структура в сиотеме Fe^Mn., _хз

Л Физические овойства магнетиков.-Красноярск: Ин-т физики,

1990.-C.163-170.

22. Петраковский I.A., Аплеснин С.С., Лосева Г.В., Рябинкина Л.И., Янушкевич К.И. Особенности магнитных свойотв и обменные взаимодействия в неупорядоченной сиотеме FexMni_xs JJ ФТТ. -I99L Т.33,в.2.-С.406-415.

23. Лосева Г.В., Рябинкина Л.И., Овчинников С.Г. Концентрационный переход металл-диэлектрик и магнитный порядок в системе Pexlto1-x3 // ФТТ.-1991.-Т.ЗЗ,в.II.-C.3420-3422.

Jpj&z, ■