Переходы металл-диэлектрик в сульфидах марганца Рябинкина, Людмила Ивановна

Введение к работе

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

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 ГВД (например, терморезисторы, датчики низких температур с релейной температурной зависимостью электросопротивления, элементы "памяти").

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

Моносульфиды 3d—металлов кристаллизуются в структурном типе MAS (В8), за исключением otfl/>S, который имеет структуру *АиСё.{Ъ1). Моносульфид марганца о(гМп5 отличается от моносульфидов 3d -металлов как структурой, так и другими физическими свойствами. alrMnS не претерпевает перехода металл-диэлектрик по температуре. Однако, как и антиферромагнитные (АШ) моноокислы МпО, МО со структурой JfaB_t м^чосульфид марганца, по-видимому, можно отнести к изоляторам Мотт-Хаббсрда. Исходя из общих свойств мотт-хаббардовских диэлектриков, в оСг/ЧлБ ;:ожно ожидать появления металлических состояний при изменении состава и иод влия»ием давления.

Создание магнитоупорядоченных систем с ІВД на основе , ^гтМп5,

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

Целью работы является создание ооединений сульфидных систем і экспериментальное изучение структурных, тепловых, электрических и магнитных свойств систем _xS и твердых растворов M&xrtn_h*S на основе JrMnS ; поиск и изучение возможностей реализации явления перехода металл-диэлектрик в исследованных си-оте..іах в зависимости от состава, температуры, давления и при ка-тьонном замещении; анализ электронной структуры и магнитных фазовых диаграмм этих систем; исследование взаимосвязи между электронными и магнитными превращениями в сульфидных системах с ГЦК-рьшеткой abAfnS.

Новизна результатов. Проведено комплексное исследование физических свойств (структуры, тепловых, электрических и магнитных свойств) систем ASM полупроводников с-///?_Л5 и твердых растворов МехМлі-xS (/Чг=Сг;/те ) в зависимости от состава, температуры, давления и магнитного поля.

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

В системах тверлчх растворов МвхМп)-х.5 уотановлены переходы металл-диэлектрик типа Андерсона и магнитные превращения по концентрации и по температуре. В /_xAfo/-xS ^в области промежуточных coctljob обнаружено возішкновение 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 oC~MnS. Сделан вывод, что переходы металл-диэлектрик как по концентрации, тьк и по температуре связаны с изменением магнитное порядка.

Научная и практическая ценность. Получены новые данные о физических свойствах и явлении ЩД в системах АШ полупроводников JrMnx.3 ^л твердых растворов /ЧЄхМп/-х^, созданных на основе UrWnS. Переходы металл-диэлектрик, установленные в системах

ґІЄ/iMof-x^t рассматриваются как переходы андерсоновского тчпч, связанные о 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 ІВД 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 защиту выносятся;

1. Результаты комплексного исследования структуры, тепловых,
электрических и магнитных свойств систем антиферромагнитных полу
проводников и твердых растворов M&xMni-x^ {Me = Cr ,

F& ) с ГЦК-решеткой otMnS в зависимости от концентрации, температуры, давления и магнитного поля.

1. Результаты исследования низкотемпературной аномалии диэлектрик-полупроводник в моносульфиде марганца в области магнитного разового перехода.

2. Данные по переходам металл-диэлектрик в JbMnS под давлением и по концентрации.

3. Результаты исследования переходов металл-диэлектрик типа Андерсона и магнитных переходов типа порядок-порядок как по концентрации, так и по температуре в системах твердых растворов Ме_хІЇ1п,-_хв (№= Cr,Fe ).

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

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 халькогенядои (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 тьллофизики" (Ашхабад, I9SI).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 работы.

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