Особенности магниторезистивных свойств композитов Nix(MgO)100-X в окрестности порога перколяции

А.А. Гребенников, инженер, О.В. Стогней

Кафедра физики твердого тела

Исследован продольный и поперечный магниторезистивный эффект в гранулированных нанокомпозитах Ni₂₆(MgO)₇₄ и Ni₂₇(MgO)₇₃ при 77 К и 300 К после термической обработки. Полученные методом ионно-лучевого распыления образцы отжигались в вакууме ~10^-3 Па при 500 ^оС, обрабатывались в воздушной плазме, после чего производился повторный отжиг в вакууме. Магниторезистивный эффект в композитах исследовался потенциометрическим методом по двухзондовой схеме. Для измерения величины эффекта при 77 К использовался проточный криостат.

В результате измерения температурных зависимостей сопротивления установлено, что исследуемые образцы находятся по разные стороны от порога перколяции: образец Ni₂₆(MgO)₇₄ является доперколяционным композитом с неметаллическим типом проводимости, тогда как в образце Ni₂₇(MgO)₇₃, ввиду наличия в его объеме перколяционного кластера, тип проводимости металлический.

Полевые зависимости продольного и поперечного магниторезистивного эффекта композитов Ni26(MgO)74 (а) и Ni27(MgO)73 (б), измеренные при 77 К и 300 К

Установлено, что в композите Ni₂₆(MgO)₇₄ при 300 К магниторезистивный эффект не проявляется. С уменьшением температуры до 77 К в образце возникает характерное для композитов металл-диэлектрик туннельное магнитосопротивление (рисунок а). Предположительно отсутствие эффекта при 300 К обусловлено низким значением температуры Кюри ферромагнитной фазы никеля.

Иную природу имеет магниторезистивный эффект, проявляемый композитом Ni₂₇(MgO)₇₃. При 300 К величина эффекта отрицательна. С уменьшением температуры до 77 К в области малых полей наблюдается рост сопротивления (положительное магнитосопротивление – ПМС) материала (рисунок б). Наблюдаемое ПМС изотропно относительно взаимной ориентации тока, протекающего через образец (I), и внешнего магнитного поля (H). Предположительно проявление ПМС в перколированном композите Ni₂₇(MgO)₇₃ связано с эффектами слабой локализации и антилокализации, обусловленными интерференцией электронных волн и спин-орбитальным взаимодействием, проявляющимися при упругом рассеянии электронов на примесях. Влияние данных эффектов учитывается квантовыми поправками к металлической проводимости, величина и знак которых существенно зависят от температуры и величины Н. Таким образом введенные поправки могут как увеличивать, так и уменьшать сопротивление материала. Этим объясняется первоначальный рост сопротивления композита Ni₂₇(MgO)₇₃ с увеличением Н при 77 К и снижение сопротивления во всем интервале Н при 300 К.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 11-02-90437-Укр_ф_а)

УДК 537.312

Влияние углерода на Структуру, электрические и сенсорные свойства системы (Sn29Si4,3o66,7)100-xcx

О.В. Жилова, магистр гр. ПФ-101,К.С. Габриельс, аспирант, А.В. Ситников, И.В. Бабкина

Кафедра физики твёрдого тела

Проблему стабильности мелкокристаллической структуры и замедления роста оксидных частиц можно решить, вводя в структуру углерод, который не образует твердых растворов со SnO₂ и оловом. В результате совместного осаждения таких элементов путем самоорганизации структуры образуются наноразмерные гетерогенные системы. Наличие большой площади поверхности таких материалов может усилить сенсорные свойства соединений.

Методом ионно-лучевого распыления получены пленки (Sn₂₉Si_4,3O_66,7)_100-XC_X с различным содержанием углерода. Осаждение пленок проводилось в атмосфере Ar и с добавлением к инертному газу водорода. Структура пленок изучалась рентгенодифракционным и электронномикроскопическим методами. Для исследования фазовых превращений в композитах были проведены термические отжиги в атмосфере воздуха в интервале температур 300-600 С. Элементный состав пленок определяли методом электроннозондового рентгеноспектрального микроанализа с дисперсией по энергиям. Удельное электрическое сопротивление было измерено методом вольтметра- амперметра на постоянном токе.

Показано, что в случае присутствия H₂ с парциальным давлением 30 % и концентрации углерода 5 ат.% и больше пленки имеют гетерофазную структуру с включениями металлического олова в виде гранул, размер которых изменяется от 5-6 нм до 10-12 нм с увеличением содержания углерода от 5 ат. % до 16 ат. %.

Проведенный анализ фазового состава систем (Sn₂₉Si_4,3O_66,7)_100-XC_X показал, что при кристаллизации пленок диэлектрическая фаза состоит из кристаллитов SnO и SnO₂, причем с увеличением концентрации углерода относительное содержание непредельного оксида возрастает.

Зависимость газовой чувствительности при температуре 300 ⁰С для исследуемых пленок изменяется немонотонно от концентрации углерода и имеет минимум значений при х  2,8 ат. % (Рисунок а). Наблюдается явная корреляция этого параметра с энергией активации проводимости пленок (Sn₂₉Si_4,3O_66,7)_100-XC_X после отжига. В структурах, полученных в атмосфере Ar+H₂, относительное изменение электрического сопротивления в присутствии водорода гораздо меньше, чем в образцах, осажденных в инертной атмосфере (Рисунок b). Это может быть связано с формированием гетерогенной структуры соединения, а также с присутствием большой доли SnO₂.

Зависимость газовой чувствительности пленок (Sn₂₉Si_4,3O_66,7)_100-XC_X , полученных в атмосфере Ar (a) и Ar+H₂ с парциальным давлением 30% H₂ (b) при температуре 300 ⁰С от содержания углерода. Измерения проводились при напуске в воздушную среду (Р=380 Торр) водорода (Р = 2,4 Торр)

УДК 537.9:53.091