Магниторезистивный эффект в наноразмерном ферромолибдате стронция с диэлектрическими прослойками

Однофазный наноразмерный порошок ферромолибдата стронция со структурой двойного перовскита синтезирован цитрат−гель методом при pH = 4 со значением степени сверхструктурного упорядочения катионов железа и молибдена 88 %. Спрессованные порошки исследовали методом рентгеновской дифракции Sr2FeMoO6−δ, подвергнутые изотермическому воздействию при температуре 700 К и давлении p(O2) = 10 Па. Установлено образование в этих порошках на межзеренных границах фазы SrMoO4. Температурная зависимость электросопротивления в температурном диапазоне 4,2—300 К имеет металлический тип в однофазном Sr2FeMoO6−δ и полупроводниковый в структуре Sr2FeMoO6−δ—SrMoO4— Sr2FeMoO6−δ с диэлектрической оболочкой. Обнаружено, что в последнем случае наблюдается прыжковый механизм переноса заряда. При приложении магнитного поля температурная зависимость качественно не изменяется. При этом с увеличением индукции поля значение электросопротивления уменьшается, т. е. проявляется отрицательный магниторезистивный эффект, достигающий 41 % при индукции магнитного поля B = 8 Тл и Т = 10 К. Внешнее магнитное поле формирует коллинеарную магнитную структуру, тем самым увеличивая спин−поляризованный ток через энергетические барьеры в гранулированной гетероструктуре Sr2FeMoO6−δ —SrMoO4—Sr2FeMoO6−δ.

ферромолибдат стронция, ферромагнетик, золь−гель метод, диэлектрические прослойки, электрическое сопротивление, тyннельное магнитосопротивление

1. Serrate, D. Double perovskites with ferromagnetism above room temperature / D. Serrate, J. M. De Teresa, M. R. Ibarra // J. Phys.: Condensed Matter. − 2007. − V. 19. − P. 1—86. DOI: 10.1088/0953-8984/19/2/023201

2. Topwal, D. Structural and magnetic properties of Sr2Fe1+xMo1−xO6 / D. Topwal, D. D. Sarma, H. Kato, Y. Tokura, M. Avignon // Phys. Rev. B. − 2006. − V. 73. − P. 0944191—0944195. DOI: 10.1103/PhysRevB.73.094419

3. Ferreira, N. M. Effects of transition metal additives on redox stability and high−temperature electrical conductivity of (Fe,Mg)3O4 spinels / N. M. Ferreira, A. V. Kovalevsky, E. N. Naumovich, A. A. Yaremchenko, K. V. Zakharchuk, F. M. Costa, J. R. Frade // J. European Ceram. Society. − 2014. − V. 34, N 10. − P. 2339—2350. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2014.02.016

4. Chana, T. S. Structure and physical properties of double perovskite compounds Sr2FeMO6 (M = Mo, W) / T. S. Chana, R. S. Liua, S. F. Hub, J. G. Linc // Mater. Chem. Phys. − 2005. − V. 93, N 2−3. − P. 314—319. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2005.03.060

5. Markov, A. A. Structural features, nonstoichiometry and high−temperature transport in SrFe1−xMoxO3−δ / A. A. Markov, O. A. Savinskaya, M. V. Patrakeev, A. P. Nemudry, I. A. Leonidov, Yu. T. Pavlyukhin, A. V. Ishchenko, V. L. Kozhevnikov // J. Solid State Chem. − 2009. − V. 182, N 4. − P. 799—806. DOI: 10.1016/j.jssc.2008.12.026

6. Klencsár, Z. The effect of cation disorder on the structure of Sr2FeMoO6 double perovskite / Z. Klencsár, Z. Németh, A. Vértes, I. Kotsis, M. Nagy, Á. Cziráki, C. Ulhaq−Bouillet, V. Pierron−Bohnes, K. Vad, S. Mészáros, J. Hakl // J. Magn. Magn. Mater. − 2004. − V. 281. − P. 115—123. DOI: 10.1016/j.jmmm.2004.04.097

7. Rager, J. Oxygen stoichiometry in Sr2FeMoO6, the determination of Fe and Mo valence states, and the chemical phase diagram of SrO–Fe3O4–MoO3 / J. Rager, M. Zipperle, A. Sharma, J. L. MacManus−Driscoll // J. American Ceram. Society 2004. − V. 87. − P. 1330—1335. DOI: 10.1111/j.1151-2916.2004.tb07730.x

8. Sarma, D. D. Electronic Structure of Sr2FeMoO6 / D. D. Sarma, P. Mahadevan, S. Ray, A. Kumar // Phys. Rev. Lett. − 2000. − V. 85, N 12. − P. 2549−2552. DOI: 10.1103/PhysRevLett.85.2549

9. Menéndez, N. Charge transfer and disorder in double perovskites / N. Menéndez, M. García−Hernández, D. Sánchez, J. D. Tornero, J. L. Martínez, J. A. Alonso // Chem. Mater. − 2004. − V. 16. − P. 3565—3572. DOI: 10.1021/cm049305t

10. Kalanda, N. A. Interplay of superstructural ordering and magnetic properties of the Sr2FeMoO6−δ double perovskite / N. A. Kalanda, L. V. Kovalev, J. C. Waerenborgh, M. R. Soares, M. L. Zheludkevich, M. V. Yarmolich, N. A. Sobolev // Sci. Adv. Mater. − 2015. − V. 7. − P. 446—454. DOI: 10.1166/sam.2015.2134

11. Fix, T. Absence of tunnel magnetoresistance in Sr2FeMoO6− based magnetic tunnel junctions / T. Fix, A. Barla, C. Ulhaq−Bouillet, S. Colis, J. P. Kappler, A. Dinia // Chem. Phys. Lett. − 2007. − V. 434. − P. 276—279. DOI: 10.1016/j.cplett.2006.12.020

12. Zhou, J. P. Enhancement of room temperature magnetoresistance in double perovskite ferrimagnets / J. P. Zhou, R. Dass, H. Q. Yin, J.−S. Zhou, L. Rabenberg, J. B. Goodenough // J. Appl. Phys. − 2000. − V. 87. − P. 5037—5039. DOI: 10.1063/1.373240

13. Huang, Y. H. Large low−field magnetoresistance effect in Sr2FeMoO6 homocomposites / Y. H. Huang, J. Lindén, H. Yamauchi, M. Karppinen // J. Appl. Phys. − 2005. − V. 87. − P. 0725101—07251013. DOI: 10.1063/1.1864241

14. Harnagea, L. Low−field magnetoresistance up to 400 K in double perovskite Sr2FeMoO6 synthesized by a citrate route / L. Harnagea, B. Jurca, P. Berthet // J. Solid State Chem. − 2014. − V. 211. − P. 219—226. DOI: 10.1016/j.jssc.2014.01.001

15. Yarmolich, M. Influence of synthesis conditions on microstructure and phase transformations of annealed Sr2FeMoO6−δ nanopowders formed by citrate−gel method / M. Yarmolich, N. Kalanda, S. Demyanov, H. Terryn, J. Ustarroz, M. Silibin, G. Gorokh // Beilstein Journal of Nanotechnology. − 2016. − V. 7/ − P. 1202—1207. DOI: 10.3762/bjnano.7.111

16. Yarmolich, M. V. Sequence of phase transformations and inhomogeneous magnetic state in nanosized Sr2FeMoO6−δ / M. V. Yarmolich, N. A. Kalanda, A. A. Yaremchenko, S. A. Gavrilov, A. A. Dronov, M. V. Silibin // Inorg. Mater. − 2017. − V. 53, N 1. − P. 70—76. DOI: 10.1134/S0020168517010186

17. Гантмахер, В. Ф. Электроны в неупорядоченных средах / В. Ф. Гантмахер. − М.: ФИЗМАТЛИТ, 2013. − 288 с.

18. Gantmakher, V. F. Electrons and disorder in solids / V. F. Gantmakher. Oxford ; New York : Oxford University Press, 2005. DOI: 10.1093/acprof:oso/9780198567561.001.0001

19. Шкловский, Б. И. Электронные свойства легированных полупроводников / Б. И. Шкловский, А. Л. Эфрос. − М. : Наука, 1979. − 416 с.

20. Mitani, S. Spin−dependent tunneling phenomena in insulating granular systems / S. Mitani, H. Fujimori, S. Ohnuma // J. Magn. Magn. Mater. − 1997. − V. 165. − P. 141—148. DOI: 10.1016/S0304-8853(96)00490-8

21. Fujimori, H. Tunnel−type GMR in metal−nonmetal granular alloy thin films / H. Fujimori, S. Mitani, S. Ohnuma // Materials Science and Engineering: B. − 1995. − V. 31, N 1−2. − P. 219—223. DOI: 10.1016/0921-5107(94)08032-1

22. Mitani, S. Tunnel MR and spin electronics in metal−nonmetal granular systems / S. Mitani, H. Fujimori, K. Takanashi // J. Magn. Magn. Mater. − 1999. − V. 198−199. − P. 179—184. DOI: 10.1016/ S0304-8853(98)01041-5

23. Efros, A. L. Critical behaviour of conductivity and dielectric constant near the metal−non−metal transition threshold / A. L. Efros, B. I. Shklovski // Phys. status solidi (b). − 1976. − V. 76, N 2. − P. 475—485. DOI: 10.1002/pssb.2220760205

24. Slonczewski, J. Current−driven excitation of magnetic multilayers / J. Slonczewski // J. Magn. Magn. Mater. − 1996. − V. 159, N 1−2. − P. L1—L7. DOI: 10.1016/0304-8853(96)00062-5

25. Slonczevski, J. C. Conductance and exchange coupling of two ferromagnets separated by a tunneling barrier / J. C. Slonczevski // Phys. Rev. B. − 1989. − V. 39, N 10. − P. 6995—7002. DOI: 10.1103/PhysRevB.39.6995