Magnetoopór w półprzewodnikach IV–VI z manganem

Magnetoopór we wszystkich badanych półprzewodnikach IV–VI z manganem nie prze-kracza warto´sci 4 %, nie jest wi˛ec on porównywalny z "gigantycznym" jak w cienkich warstwach ferromagnetyk–diamagnetyk [138], ani z "kolosalnym" obecnym w perowski-tach [139], ale posiada interesuj ˛ace zachowanie zale˙zne od temperatury. Magnetoopór dla Sn_1−xMn_xTe o x= 0.075 i x= 0.12 pokazano na wykresach 11.1 i 11.2. W mate-riale tym w niskich temperaturach (poni˙zej temperatury Curie) magnetoopór jest ujem-ny, co mo˙ze by´c zwi ˛azane z wyst˛epowaniem b ˛ad´z domen magnetycznych w obszarze ferromagnetycznych lub klastrów [121, 122]. Przyczyn ˛a ujemnego magnetooporu mo˙ze tak˙ze by´c wyst˛epowanie tzw. słabej lokalizacji. W temperaturach wy˙zszych, daleko od przej´scia ferromagnetyk–paramagnetyk magnetoopór przechodzi w klasyczny daj ˛acy si˛e wyznaczy´c z równania Boltzmanna.

Warto´s´c magnetooporu dla próbki z mniejsz ˛a zawarto´sci ˛a manganu x= 0.075 jest wi˛eksza (w temperaturze 4.2 K maksymalny magnetoopór ujemny wynosi 0.6 % ) ni˙z dla próbki z wi˛eksz ˛a zawarto´sci ˛a manganu (dla 4.2 K maksymalny magnetoopór ujemny nie przekracza 0.4 %). Magnetoopór dla danej niskiej temperatury do pewnego krytycznego pola magnetycznego maleje a nast˛epnie zaczyna rosn ˛a´c. Warto´s´c tego krytycznego pola B ro´snie wraz z temperatur ˛a.

Dla próbki Sn_1−xMn_xTe I1 z zawarto´sci ˛a manganu x= 0.12 magnetoopór dla tem-peratury bliskiej temtem-peratury Curie tego materiału ma wi˛eksz ˛a warto´s´c ujemn ˛a ni˙z dla

11. MAGNETOOPÓR 80

Fig. 11.1: Magnetoopór dla temperatur powy˙zej i poni˙zej przej´scia ferromagnetyk paramagnetyk dla Sn_1−xMn_xTe M1 x=0.075

temperatury ni˙zszej (4.2 K), temperatura 15 K w której został dokonany pomiar jest bar-dzo blisko temperatury przej´scia fazowego ferromagnetyk paramagnetyk dla tej próbki i mo˙zliwe ˙ze do zjawisk odpowiedzialne za ujemny magnetoopór w ni˙zszych tempera-turach dodaje si˛e wpływ fluktuacji namagnesowania zwi ˛azanych z przej´sciem fazowym.

Dodanie erbu nieznacznie zwi˛eksza warto´s´c magnetooporu, co zostało pokazane na wy-kresie 11.3. Dla Sn_1−x−yMn_xEr_yTe tak jak dla Sn_1−xMn_xTe z x= 0.12 zaobserwowano spadek magnetooporu w okolicy przej´scia ferromagnetyk paramagnetyk. ´Zródło spad-ku magnetooporu zwi ˛azany mo˙ze by´c tak jak w Sn_1−xMn_xTe z dodatkowym wkładem rozpraszania na fluktuacjach namagnesowania do transportu elektronowego. W tempera-turze powy˙zej temperatury przej´scia obserwowany jest klasyczny Boltzmanowski magne-toopór. Interesuj ˛ace w tym materiale jest zachowanie magnetooporu w temperaturze 58.3 K które jest liniowe. Zachowanie magnetooporu w tym materiale mogłoby ´swiadczy´c o obecno´sci ziaren magnetycznych lub innych faz strukturalnych lub magnetycznych, bada-nia rentgenowskie nie wykazały jednak, by materiał ten posiada inne fazy magnetyczne.

Magnetoopór dla ró˙znych temperatur poni˙zej i powy˙zej przej´scia ferromagnetyk parama-gnetyk dla Sn1−x−yMnxEuyTe z zawarto´sci ˛a manganu x= 0.13 został przedstawiony na schemacie 11.4. Transport elektronowy w tym materiale dla temperatur powy˙zej 28.4 K zachowuje si˛e Boltzmanowsko. Dla temperatury 28.4 K obserwujemy pocz ˛atek nasycania w polu magnetycznym około 10 T. Dla temperatur poni˙zej temperatury Curie magneto-opór jest ujemny, przy czym maleje on wraz ze wzrostem temperatury, nie została zaob-serwowana anomalia z okolicy przej´scia fazowego. W drugiej klasie badanych zwi ˛azków IV–VI Ge1−xMnxTe, Ge1−x−yMnxEuyTe i Ge1−x−yMnxYbyTe zachowanie

magnetoopo-11. MAGNETOOPÓR 81

Fig. 11.2: Magnetoopór dla temperatur powy˙zej i poni˙zej przej´scia ferromagnetyk paramagnetyk dla Sn_1−xMn_xTe I1 x=0.12

ru jest inne ni˙z w zwi ˛azkach Sn_1−xMn_xTe, Sn_1−x−yMn_xEr_yTe, Sn_1−x−yMn_xEu_yTe. Jedn ˛a z głównych ró˙znic jest temperatura, przy której magnetoopór zmienia znak. We

wcze-´sniej omówionych materiałach temperatura dla której nast˛epowała zmiana zachowania z ujemnego do dodatniego była blisko skorelowana z temperatur ˛a przej´scia fazowego.

W Ge1−xMnxTe, Ge1−x−yMnxEuyTe i Ge1−x−yMnxYbyTe zaobserwowano ujemny magnetoopór w niskich temperaturach jednak˙ze przej´scie do magnetooporu dodatniego zawsze nast˛epuje w temperaturze du˙zo ni˙zszej ni˙z temperatura Curie.

Na rysunku 11.5 przedstawiono zale˙zno´s´c magnetooporu od pola magnetycznego dla próbki Ge_1−xMn_xTe o najmniejszej zawarto´sci manganu x= 0.045. Próbka ta

jednocze-´snie miała najwy˙zsz ˛a temperatur˛e Curie w´sród badanych materiałów. W próbce tej nie zaobserwowano anomalnego efektu Halla. W najni˙zszej mierzonej temperaturze T= 4.2 K magnetoopór w niskich polach jest ujemny, po czym po przekroczeniu krytycznego pola ok.B= 4.5 T magnetoopór zaczyna gwałtownie rosn ˛a´c i przechodzi na stron˛e dodat-ni ˛a. W wy˙zszych temperaturach magnetoopór w tej próbce zale˙zy kwadratowo od pola magnetycznego. Warto´s´c magnetooporu dla tej próbki jest najni˙zsza co ´swiadczyłoby o tym ˙ze w materiałach Ge1−xMnxTe magnetoopór ro´snie wraz ze wzrostem koncentracji manganu. Próbki Ge_1−xMn_xTe x= 0.388 i Ge_1−x−yMn_xYb_yTe x= 0.47 maj ˛a podobne zachowanie magnetooporu. Typowy magnetoopór dla tych materiałów przedstawiono na wykresie 11.6. Materiały te posiadaj ˛a ujemny i dodatni liniowy magnetoopór, który jest zwi ˛azany z wyst˛epowaniem kilku faz strukturalnych w tych zwi ˛azkach. Fazy te zostały zaobserwowane w badaniach strukturalnych, co zostało omówione w rozdziale 6.1. W wy˙zszych temperaturach zale˙zno´s´c magnetooporu od pola magnetycznego jest

kwadrato-11. MAGNETOOPÓR 82

Fig. 11.3: Magnetoopór dla temperatur powy˙zej i poni˙zej przej´scia ferromagnetyk paramagnetyk dla Sn_1−x−yMn_xEr_yTe x=0.062 y=0.001

wa i do´s´c płaska to korzystaj ˛ac z relacji wynikaj ˛acej z równania Boltzmanna:

∆ρ

ρ ∼ µB²

mo˙zna wnioskowa´c, ˙ze mamy do czynienia z bardzo mał ˛a warto´sci ruchliwo´sci no´sników w tej temperaturze. Na wykresie 11.7 przedstawiono zale˙zno´s´c magnetooporu od pola magnetycznego dla Ge_1−x−yMn_xEu_yTe . Materiał ten zawiera x= 0.087 manganu, jego magnetoopór jest mniejszy ni˙z dla próbki Ge_1−xMn_xTe o x= 0.045. Dodanie europu do matrycy Ge_1−xMn_xTe zmniejsza warto´s´c magnetooporu. Zachowanie magnetooporu w tej próbce jest podobne do wcze´sniej omówionej klasy półprzewodników IV–VI z man-ganem opartych na Sn_1−xMn_xTe .

Podsumowuj ˛ac magnetoopór w półprzewodnikach IV–VI nie przekracza 4 %, silnie zale˙zy od temperatury i struktury krystalograficznej próbek. W cz˛e´sci badanych materia-łów zaobserwowano liniowy magnetoopór co jest wpływem istnienia ró˙znych faz struk-turalnych i magnetycznych w badanych próbkach.