Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Колоссальное магнитосопротивление ( CMR ) - это свойство некоторых материалов, в основном оксидов перовскита на основе марганца , которое позволяет им резко изменять свое электрическое сопротивление в присутствии магнитного поля . Магнитосопротивление из обычных материалов позволяет изменения сопротивления до 5%, но материалов , показывающих CMR могут демонстрировать изменения сопротивления от порядков. [1] [2]

Эта технология может найти применение в дисковых головках чтения и записи , что позволит увеличить плотность данных жесткого диска . Но пока это не привело к практическому применению, поскольку требует низких температур и большого размера оборудования. [3] [4]

История [ править ]

Впервые обнаруженный в перовскитовых манганитах со смешанной валентностью в 1950-х годах Дж. Х. Йонкером и Дж. Х. ван Сантеном [5], первое теоретическое описание механизма двойного обмена было дано рано. В этой модели ориентация спинов соседних Mn-моментов связана с кинетическим обменом e g -электронами. Следовательно, выравнивание спинов Mn внешним магнитным полем вызывает более высокую проводимость. Соответствующие экспериментальные работы были выполнены Волгером [6], Волланом и Келером [7], а затем Джираком и др. [8] и Pollert et al. [9]

Однако модель двойного обмена неадекватно объясняет высокое сопротивление, подобное диэлектрическому, выше температуры перехода. [10] В 1990-х годах в работе R. von Helmolt et al. [11] и Jin et al. [12] инициировали 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 [ править ]

Один известный модель является так называемой полуметаллической ферромагнитной моделью , которая основана на спин-поляризованных расчеты (ИП) зонная структуру с использованием приближения локальной спиновой плотности (LSDA) из теории функционала плотности (ТФП) , где отдельные расчеты проведены для электронов со спином вверх и вниз. Полуметаллическое состояние совпадает с существованием основной металлической спиновой полосы и неметаллической неосновной спиновой полосы в ферромагнитной фазе.

Эта модель отличается от модели странствующего ферромагнетизма Стонера . В модели Стонера высокая плотность состояний на уровне Ферми делает немагнитное состояние нестабильным. При расчетах SP на ковалентных ферромагнетиках обменно-корреляционный интеграл в LSDA-DFT заменяет параметр Стонера. Плотность состояний на уровне Ферми особой роли не играет. [13] Существенным преимуществом полуметаллической модели является то, что она не полагается на присутствие смешанной валентности, как это делает механизм двойного обмена, и поэтому может объяснить наблюдение CMR в стехиометрических фазах, таких как пирохлор Tl 2 Mn 2. O 7. Микроструктурные эффекты также были исследованы для поликристаллических образцов, и было обнаружено, что магнитосопротивление часто определяется туннелированием спин-поляризованных электронов между зернами, что приводит к внутренней зависимости магнитосопротивления от размера зерна. [14] [15]

Полностью количественное понимание эффекта CMR было труднодостижимым, и это все еще является предметом текущих исследований. Ранние перспективы больших возможностей для развития новых технологий еще не реализовались.

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Ramirez, AP (1997). «Колоссальное магнитосопротивление». Журнал физики: конденсированное вещество . 9 (39): 8171–8199. Bibcode : 1997JPCM .... 9.8171R . DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 9/39/005 . S2CID  19951846 .
  2. ^ Родригес-Мартинес, L .; Аттфилд, JP (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 изучают новый материал с возможностями компьютерного жесткого диска« следующего поколения »» . Новости Абердинского университета . 27 января 2014 г.
  4. ^ Dagotto, Эльбио (14 марта 2013). «Краткое введение в гигантское магнитосопротивление (GMR)». Наноразмерное разделение фаз и колоссальное магнитосопротивление: физика манганитов и родственных соединений . Серия Спрингера в науках о твердом теле. 136 . Springer Science & Business Media. С. 395–396. DOI : 10.1007 / 978-3-662-05244-0_21 . ISBN 9783662052440.
  5. ^ Йонкер, GH; Ван Сантен, Дж. Х. (1950). «Ферромагнитные соединения марганца со структурой перовскита». Physica . 16 (3): 337. Bibcode : 1950Phy .... 16..337J . DOI : 10.1016 / 0031-8914 (50) 90033-4 .
  6. ^ 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 .
  7. ^ Wollan, EO; Келер, WC (1955). "Нейтронографическое исследование магнитных свойств ряда соединений типа перовскита [(1-x) La, x Ca ] MnO_ {3}". Физический обзор . 100 (2): 545. Bibcode : 1955PhRv..100..545W . DOI : 10.1103 / PhysRev.100.545 .
  8. ^ Jirák, Z .; Крупичка, С .; Šimša, Z .; Dlouhá, M .; Вратислав, С. (1985). «Нейтронографическое исследование перовскитов Pr1 - xCaxMnO3». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 53 (1-2): 153. Bibcode : 1985JMMM ... 53..153J . DOI : 10.1016 / 0304-8853 (85) 90144-1 .
  9. ^ Pollert, E .; Крупичка, С .; 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 .
  10. ^ JN Лалена и Д.А. Клири "Принципы конструирования неорганических материалов", 2-е изд., John Wiley & Sons, New York, p. 361 (2010).
  11. ^ von Helmolt, R .; Wecker, J .; Holzapfel, B .; Шульц, Л .; Самвер, К. (1993). «Гигантское отрицательное магнитосопротивление в перовскитоподобных ферромагнитных пленках La2 / 3Ba1 / 3Mn Ox ». Письма с физическим обзором . 71 (14): 2331–2333. Bibcode : 1993PhRvL..71.2331V . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.71.2331 . PMID 10054646 . 
  12. ^ Jin, S .; Тифель, TH; McCormack, M .; Fastnacht, RA; Ramesh, R .; Чен, LH (1994). «Тысячкратное изменение удельного сопротивления в магниторезистивных пленках La-Ca-Mn-O». Наука . 264 (5157): 413–5. Bibcode : 1994Sci ... 264..413J . DOI : 10.1126 / science.264.5157.413 . PMID 17836905 . 
  13. ^ Р. Целлер Вычислительная нанонаука: сделай сам, Дж. Гротендорст, С. Блогель, Д. Маркс (ред.), Институт вычислительной техники Джона фон Неймана, Юлих, NIC Series, Vol. 31, ISBN 3-00-017350-1 , стр. 419-445, 2006. 
  14. ^ JN Лалена и Д.А. Клири "Принципы конструирования неорганических материалов", 2-е изд., John Wiley & Sons, New York, p. 361-362 (2010).
  15. ^ Для обзора см: Даготто, Э. (2003). Наноразмерное разделение фаз и колоссальное магнитосопротивление . Серия Спрингера в науках о твердом теле. Springer. ISBN 978-3-662-05244-0.

Внешние ссылки [ править ]

  • Новые ключи к механизму колоссального магнитосопротивления
  • Теоретическая группа в Окриджской национальной лаборатории
  • Статья в Physicsweb, февраль 1999 г.