Колоссальное магнитосопротивление
Колоссальное магнитосопротивление ( КМС ) — свойство некоторых материалов, в основном марганца на основе перовскита оксидов , которое позволяет им резко изменять свое электрическое сопротивление в присутствии магнитного поля . Магнитосопротивление обычных материалов позволяет изменять сопротивление до 5%, но материалы с КМС могут демонстрировать изменения сопротивления на порядки. [1] [2]
Эта технология может найти применение в дисковых головках чтения и записи , что позволит увеличить на жестком диске плотность данных . Однако пока это не привело к практическому применению, поскольку требует низких температур и громоздкого оборудования. [3] [4]
История
[ редактировать ]Первоначально обнаруженный в перовскитовых манганитах смешанной валентности в 1950-х годах Г. Х. Йонкером и Дж. Х. ван Сантеном, [5] [6] Первое теоретическое описание механизма двойного обмена было дано довольно рано. В этой модели спиновая ориентация соседних моментов Mn связана с кинетическим обменом e g -электронами. Следовательно, выравнивание спинов Mn внешним магнитным полем приводит к более высокой проводимости. Соответствующую экспериментальную работу провел Фольгер. [7] Воллан и Келер, [8] и позже Jirak et al. [9] и Поллерт и др. [10]
Однако модель двойного обмена не могла адекватно объяснить высокое сопротивление изолирующего типа выше температуры перехода. [11] В 1990-х годах работа Р. фон Гельмольта с соавт. [12] и Джин и др. [13] инициировал 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
[ редактировать ]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 проводятся отдельные расчеты. для электронов со спином вверх и вниз. Полуметаллическое состояние одновременно существует с существованием основной металлической спиновой зоны и неметаллической меньшинственной спиновой зоны в ферромагнитной фазе.
Эта модель не совпадает с моделью Стоунера странствующего ферромагнетизма. В модели Стонера высокая плотность состояний на уровне Ферми делает немагнитное состояние неустойчивым. В SP-расчетах ковалентных ферромагнетиков с использованием функционалов DFT-LSDA обменно-корреляционный интеграл заменяет параметр Стонера. Плотность состояний на уровне Ферми особой роли не играет. [14] Существенным преимуществом полуметаллической модели является то, что она не полагается на наличие смешанной валентности, как механизм двойного обмена, и, следовательно, может объяснить наблюдение КМС в стехиометрических фазах, таких как пирохлор Tl.
22Mn
22О
7 . Микроструктурные эффекты в поликристаллических образцах также были исследованы, и было обнаружено, что в магнитосопротивлении часто преобладает туннелирование спин-поляризованных электронов между зернами, в результате чего магнитосопротивление имеет внутреннюю зависимость от размера зерна. [15] [16]
Полностью количественное понимание эффекта CMR остается неясным и по-прежнему является предметом многих текущих исследований. Ранние обещания о разработке новых технологий на основе CMR еще не осуществились.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Рамирес, AP (1997). «Колоссальное магнитосопротивление». Физический журнал: конденсированное вещество . 9 (39): 8171–8199. Бибкод : 1997JPCM....9.8171R . дои : 10.1088/0953-8984/9/39/005 . S2CID 19951846 .
- ^ Родригес-Мартинес, Л.; Аттфилд, JP (1996). «Катионный беспорядок и размерные эффекты в магниторезистивных перовскитах оксида марганца». Физический обзор B . 54 (22): Р15622–Р15625. Бибкод : 1996PhRvB..5415622R . дои : 10.1103/PhysRevB.54.R15622 . ПМИД 9985717 .
- ^ «Химики исследуют новые материалы с помощью компьютерных жестких дисков нового поколения» . Новости Абердинского университета . 27 января 2014 г.
- ^ Даготто, Эльбио (14 марта 2013 г.). «Краткое введение в гигантское магнитосопротивление (ГМР)». Наномасштабное фазовое разделение и колоссальное магнитосопротивление: физика манганитов и родственных соединений . Серия Спрингера по наукам о твердом теле. Том. 136. Springer Science & Business Media. стр. 395–396. дои : 10.1007/978-3-662-05244-0_21 . ISBN 9783662052440 .
- ^ Джонкер, Г.Х.; Ван Сантен, Дж. Х. (1950). «Ферромагнитные соединения марганца со структурой перовскита». Физика . 16 (3): 337. Бибкод : 1950Phy....16..337J . дои : 10.1016/0031-8914(50)90033-4 .
- ^ Ван Сантен, Дж. Х.; Джонкер, GH (1950). «Электропроводность ферромагнитных соединений марганца со структурой перовскита». Физика . 16 (7): 599–600. Бибкод : 1950Phy....16..599В . дои : 10.1016/0031-8914(50)90104-2 .
- ^ Волгер, Дж. (1954). «Дальнейшие экспериментальные исследования некоторых ферромагнитных оксидных соединений марганца со структурой перовскита». Физика . 20 (1): 49–66. Бибкод : 1954Phy....20...49В . дои : 10.1016/S0031-8914(54)80015-2 .
- ^ Воллан, Э.О.; Келер, WC (1955). «Нейтронографическое исследование магнитных свойств ряда соединений перовскитного типа [(1-x)La, x Ca ]MnO_{3}». Физический обзор . 100 (2): 545. Бибкод : 1955PhRv..100..545W . дои : 10.1103/PhysRev.100.545 .
- ^ Жирак, З.; Крупичка, С.; Шимша, З.; Лонг, 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 .
- ^ Поллерт, Э.; Крупичка, С.; Кузьмичова, Э. (1982). «Структурное исследование перовскитов Pr1−xCaxMnO3 и Y1−xCaxMnO3». Журнал физики и химии твердого тела . 43 (12): 1137. Бибкод : 1982JPCS...43.1137P . дои : 10.1016/0022-3697(82)90142-1 .
- ^ Лалена, Дж. Н.; Клири, Д.А. (2010). Принципы дизайна неорганических материалов (2-е изд.). Уайли. п. 361. ИСБН 9780470567531 .
- ^ фон Гельмольт, Р.; Векер, Дж.; Хольцапфель, Б.; Шульц, Л.; Самвер, К. (1993). «Гигантское отрицательное магнитосопротивление в перовскитоподобных ферромагнитных пленках La2/3Ba1/3Mn Ox ». Письма о физических отзывах . 71 (14): 2331–2333. Бибкод : 1993PhRvL..71.2331V . doi : 10.1103/PhysRevLett.71.2331 . ПМИД 10054646 .
- ^ Джин, С.; Тифель, TH; МакКормак, М.; Фастнахт, РА; Рамеш, Р.; Чен, Л.Х. (1994). «Тысячекратное изменение удельного сопротивления магниторезистивных пленок La-Ca-Mn-O». Наука . 264 (5157): 413–5. Бибкод : 1994Sci...264..413J . дои : 10.1126/science.264.5157.413 . ПМИД 17836905 . S2CID 39802144 .
- ^ Целлер, Р. (419–445). Гротендорст, Дж.; Блюгель, С.; Маркс, Д. (ред.). Вычислительная нанонаука: сделай сам . Серия НИК. Том. 31. Юлих: Институт вычислительной техники Джона фон Неймана. п. 2006. ISBN 3-00-017350-1 .
- ^ Лалена и Клири 2010 , стр. 361–2.
- ^ Обзор см.: Даготто, Э. (2003). Наномасштабное фазовое разделение и колоссальное магнитосопротивление . Серия Спрингера по наукам о твердом теле. Спрингер. ISBN 978-3-662-05244-0 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Новые разгадки механизма колоссального магнитосопротивления» . phys.org. 2007.
- «Отдел материаловедения и технологий» . Управление физических наук Окриджской национальной лаборатории.
- Фонкуберта, Хосеп (1999). «Колоссальное магнитосопротивление». Физ. Мир . 12 (2): 33. дои : 10.1088/2058-7058/12/2/29 .
- «Колоссальное магнитосопротивление» . Физикавеб . Февраль 1999 г. Архивировано из оригинала 13 декабря 2004 г.