Từ trở từ trường thấp và hiệu ứng xuyên ngầm lượng tử phụ thuộc spin trong La0,7Ca0,3MnO3

La0.7Ca0.3MnO3 đa tinh thể được chế tạo bằng phương pháp sol-gel. Bài viết chứng minh được rằng, từ trở trong mẫu đa tinh thể tồn tại tại hai vùng phân biệt, vùng từ trở lớn ở từ trường thấp được điều khiển bằng sự xuyên ngầm của sự phân cực giữa các hạt và vùng từ trở từ trường cao (CMR) tại lân cận TC.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Từ trở từ trường thấp và hiệu ứng xuyên ngầm lượng tử phụ thuộc spin trong La0,7Ca0,3MnO3 TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 1. 2009 putational process is stable. TỪ TRỞ TỪ TRƯỜNG THẤP VÀ HIỆU ỨNG XUYÊN NGẦM LƯỢNG TỬ PHỤ THUỘC SPIN TRONG La0,7Ca0,3MnO3 Nguyễn Văn Khiêm1, Phạm Thanh Phong2, Lê Viết Báu1 1 Khoa Kỹ thuật- Công nghệ, trường Đại học Hồng Đức 2 Trường Cao đẳng Sư phạm Nha Trang TÓM TẮT La0.7Ca0.3MnO3 đa tinh thể được chế tạo bằng phương pháp sol-gel. Chúng tôi đãchứng minh được rằng, từ trở trong mẫu đa tinh thể tồn tại tại hai vùng phân biệt, vùngtừ trở lớn ở từ trường thấp được điều khiển bằng sự xuyên ngầm của sự phân cực giữacác hạt và vùng từ trở từ trường cao (CMR) tại lân cận TC. Kết quả lý thuyết là phù hợpvới các số liệu thực nghiệm.1. MỞ ĐẦU Nhiều trung tâm nghiên cứu và phòng thí nghiệm trên thế giới gần đây đã và đangrất quan tâm trở lại về hiệu ứng từ trở khổng lồ (CMR) trên các đối tượng vật liệu khácnhau, tuy nhiên vấn đề được đề cập đến đã thoát khỏi những khuôn khổ hạn hẹp của cácmô hình lý thuyết được đề cập đến cũng như những vấn đề về thực nghiệm mà đặc biệt làcông nghệ chế tạo mẫu. Những nghiên cứu này đã làm sống dậy mối quan tâm của nhữngngười nghiên cứu vật liệu và vật lý, và đáng chú ý hơn cả là những nghiên cứu và cácmanganite và manganite tổ hợp. Nhiều vật liệu đa tinh thể đã được biết đến nhưLa0,7Sr0,3MnO3, CrO2, Fe3O4 chứng tỏ giá trị từ trở lớn dưới tác dụng của từ trường bé(dưới 1T) trong dải nhiệt độ thấp dưới xa nhiệt độ chuyển pha sắt từ - thuận từ (TC) [1,2,3]thường được gọi là LFMR (Low Field Magentoresistance), trong khi đó giá trị từ trở trongvật liệu đơn tinh thể là rất bé hoặc không có [1]. Nếu như hiệu ứng CMR xảy ra ở gần TClà hiệu ứng nội do tương tác trao đổi kép (DE- Double Exchange ) gây ra thì LFMR là hiệuứng CMR ngoại mà nguyên nhân gây ra lại do sự xuyên ngầm phân cực spin giữa các hạtdẫn điện [1,4], song cho đến nay những hiểu biết sâu sắc về hiệu ứng này vẫn còn chưađược đầy đủ. Khi so sánh giá trị từ trở của vật liệu La0,7Sr0,3MnO3 đơn tinh thể và đa tinhthể, Hwang và cộng sự [1] lần đầu tiên giả định rằng chính sự xuyên ngầm của điện tử cóphân cực spin tại biên các hạt đa tinh thể có thể đóng vai trò chủ yếu trong quá trình hìnhthành hiệu ứng LFMR. Các tác giả này cho rằng từ trở của La0,7Sr0,3MnO3 đa tinh thể gồmhai thành phần và được tạo thành từ hai cơ chế khác nhau: (i) do tương tác trao đổi kép(DE) giữa các ion Mn lân cận nhau [5] và tương tác này chỉ chi phối ở nhiệt độ gần TC vàđược xem như là từ trở nội, (ii) do hiệu ứng xuyên ngầm phân cực spin tạo nên thành phầntừ trở ngoại. Chính hiệu ứng xuyên ngầm phân cực spin đã gây ra sự giảm đột ngột điệntrở dưới tác dụng của từ trường thấp trong vùng nhiệt độ dưới xa TC, Raychaudhuri và 14 TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 1. 2009cộng sự [6] đã chỉ ra thành phần từ trở ngoại có thể được tách ra từ đường cong từ trở theotừ trường (RH) bằng cách ngoại suy trong vùng từ trường cao (>1T). Để giải thích cơ chế của từ trở trong các hạt sắt từ, Hellman và Abeles [7] đãnghiên cứu từ trở của màng Co-Al-O và đề xuất mô hình dựa trên hiệu ứng xuyên ngầmphân cực spin qua biên các hạt. Mô hình lý thuyết của Hellman và Abeles giả thiết rằng,khi điện tử xuyên ngầm qua biên của hai hạt có mômen từ đối song thì chúng phảixuyên qua một rào thế có năng lượng cỡ bằng năng lượng trao đổi Em. Vì thế xác suấtxuyên ngầm giữa hai hạt trong trường hợp này giảm đi một lượng cỡ e − Em / kT so vớitrường hợp hai hạt có spin song song. Inoue et al [8] đã chỉ ra hàm mũ xuất hiện trongxác suất xuyên ngầm có liên quan đến trật tự năng lượng trao đổi của hai hạt và vì thếcần phải có những nghiên cứu chi tiết hơn để giải thích một cách tường minh hiệu ứngxuyên ngầm của điện tử có spin phân cực. Trong bài báo này, chúng tôi đề cập đến mô hình lý thuyết nhằm giải thích rõ rànghơn cơ chế xuyên ngầm phân cực spin trong hệ hạt sắt từ và so sánh với các số liệu thựcnghiệm của đối tượng vật liệu manganite đa tinh thể La0.7Ca0.3MnO3, được chế tạo bằngphương pháp sol-gel với các dự đoán từ lý thuyết đã nêu ra.2. MÔ HÌNH LÝ THUYẾT Giả thiết ta có một hệ hạt sắt từ, khi chưa có tác dụng của từ trường, các mô mentừ định hướng một cách ngẫu nhiên. Gọi θ là góc hợp bởi mô men từ của hai hạt gầnnhau và trục Oz là trục song song với mô mentừ của hạt 1 như đã thấy trên hình 1. z ⎛1 ⎞ ⎛ 0⎞ Gọi S z ; ↑ = ⎜⎜ ⎟⎟ , S z ; ↓ = ⎜⎜ ⎟⎟ tương ứng là ⎝ 0⎠ ⎝1 ⎠véc tơ trạng thái của spin-up và spin-down c ...