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.
TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 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 Khoa Kỹ thuật- Công nghệ, trường Đại học Hồng Đức Trường Cao đẳng Sư phạm Nha Trang TÓM TẮT La0.7Ca0.3MnO3 đa tinh thể chế tạo phương pháp sol-gel Chúng chứng minh rằng, từ trở mẫu đa tinh thể tồn tại hai vùng phân biệt, vùng từ trở lớn từ trường thấp điều khiển xuyên ngầm phân cực hạt vùng từ trở từ trường cao (CMR) lân cận TC Kết lý thuyết phù hợp với số liệu thực nghiệm MỞ ĐẦU Nhiều trung tâm nghiên cứu phịng thí nghiệm giới gần quan tâm trở lại hiệu ứng từ trở khổng lồ (CMR) đối tượng vật liệu khác nhau, nhiên vấn đề đề cập đến khỏi khn khổ hạn hẹp mơ hình lý thuyết đề cập đến vấn đề thực nghiệm mà đặc biệt công nghệ chế tạo mẫu Những nghiên cứu làm sống dậy mối quan tâm người nghiên cứu vật liệu vật lý, đáng ý nghiên cứu manganite manganite tổ hợp Nhiều vật liệu đa tinh thể biết đến La0,7Sr0,3MnO3, CrO2, Fe3O4 chứng tỏ giá trị từ trở lớn tác dụng từ trường bé (dưới 1T) dải nhiệt độ thấp xa nhiệt độ chuyển pha sắt từ - thuận từ (TC) [1,2,3] thường gọi LFMR (Low Field Magentoresistance), giá trị từ trở vật liệu đơn tinh thể bé khơng có [1] Nếu hiệu ứng CMR xảy gần TC hiệu ứng nội tương tác trao đổi kép (DE- Double Exchange ) gây LFMR hiệu ứng CMR ngoại mà nguyên nhân gây lại xuyên ngầm phân cực spin hạt dẫn điện [1,4], song hiểu biết sâu sắc hiệu ứng chưa đầy đủ Khi so sánh giá trị từ trở vật liệu La0,7Sr0,3MnO3 đơn tinh thể đa tinh thể, Hwang cộng [1] lần giả định xun ngầm điện tử có phân cực spin biên hạt đa tinh thể đóng vai trị chủ yếu q trình hình thành hiệu ứng LFMR Các tác giả cho từ trở La0,7Sr0,3MnO3 đa tinh thể gồm hai thành phần tạo thành từ hai chế khác nhau: (i) tương tác trao đổi kép (DE) ion Mn lân cận [5] tương tác chi phối nhiệt độ gần TC xem từ trở nội, (ii) hiệu ứng xuyên ngầm phân cực spin tạo nên thành phần từ trở ngoại Chính hiệu ứng xuyên ngầm phân cực spin gây giảm đột ngột điện trở tác dụng từ trường thấp vùng nhiệt độ xa TC, Raychaudhuri 14 TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 2009 cộng [6] thành phần từ trở ngoại tách từ đường cong từ trở theo từ trường (RH) cách ngoại suy vùng từ trường cao (>1T) Để giải thích chế từ trở hạt sắt từ, Hellman Abeles [7] nghiên cứu từ trở màng Co-Al-O đề xuất mơ hình dựa hiệu ứng xun ngầm phân cực spin qua biên hạt Mơ hình lý thuyết Hellman Abeles giả thiết rằng, điện tử xuyên ngầm qua biên hai hạt có mơmen từ đối song chúng phải xun qua rào có lượng cỡ lượng trao đổi Em Vì xác suất xuyên ngầm hai hạt trường hợp giảm lượng cỡ e − Em / kT so với trường hợp hai hạt có spin song song Inoue et al [8] hàm mũ xuất xác suất xuyên ngầm có liên quan đến trật tự lượng trao đổi hai hạt cần phải có nghiên cứu chi tiết để giải thích cách tường minh hiệu ứng xuyên ngầm điện tử có spin phân cực Trong báo này, chúng tơi đề cập đến mơ hình lý thuyết nhằm giải thích rõ ràng chế xuyên ngầm phân cực spin hệ hạt sắt từ so sánh với số liệu thực nghiệm đối tượng vật liệu manganite đa tinh thể La0.7Ca0.3MnO3, chế tạo phương pháp sol-gel với dự đoán từ lý thuyết nêu MƠ HÌNH LÝ THUYẾT Giả thiết ta có hệ hạt sắt từ, chưa có tác dụng từ trường, mô men từ định hướng cách ngẫu nhiên Gọi θ góc hợp mơ men từ hai hạt gần trục Oz trục song song với mô men từ hạt thấy hình z ⎛1 ⎞ ⎛ 0⎞ Gọi S z ; ↑ = ⎜⎜ ⎟⎟ , S z ; ↓ = ⎜⎜ ⎟⎟ tương ứng ⎝ 0⎠ ⎝1 ⎠ véc tơ trạng thái spin-up spin-down hạt 1, véc tơ trạng thái hạt tương ứng Sθ ; ↑ Sθ ; ↓ n ↑ , n ↓ tương ứng mật độ trạng thái spin up spin down mức Fecmi Sử dụng ma trận quay Pauli R(θ) suy mối quan hệ Sθ ; ↑↓ S z ; ↑↓ sau: H×nh H×nh θ Sθ ; ↑↓ =R(θ) S z ; ↑↓ , ⎛ cos(θ / ), − sin (θ / 2)⎞ ⎟⎟ với R(θ)= ⎜⎜ ⎝ sin(θ / ), cos(θ / 2) ⎠ (1) Kết thu được: O Hình 1a: Mo men từ hai hạt hợp góc θ Với từ trường tác dụng đủ lớn θ = 0, xác suất xun ngầm có giá trị lớn Mơ hình mật độ trạng thái spin up spin down nhiệt độ khác Sθ ; ↑ = cos(θ/2) S z ; ↑ + sin(θ/2) S z ; ↓ 15 TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 2009 Sθ ; ↓ =-sin(θ/2) S z ; ↑ +cos(θ/2) S z ; ↓ (2) Điện tử xuyên ngầm từ hạt sang hạt theo kênh sau: (a) S z ; ↑ Sθ ; ↑ (b) S z ; ↑ Sθ ; ↓ (c) S z ; ↓ Sθ ; ↑ (d) S z ; ↓ Sθ ; ↓ Thành phần ma trận tương ứng với (a) (d) tỷ lệ với cos2(θ/2) hai thành phần lại tỷ lệ với sin2(θ/2) Như tổng xác suất chuyển dời spin - up (hoặc down) từ hạt sang hạt phụ thuộc vào mật độ trạng thái ban đầu cuối hai hạt Nói cách khác tổng xác suất chuyển dời bốn trình là: Ta ∼ n ↑ 2cos2(θ/2) , Tb∼ n ↑ n ↓ sin2(θ/2) Tc ∼ n ↑ n ↓ sin2(θ/2) , Td ∼ n ↓ 2cos2(θ/2) Do ta thu biểu thức độ dẫn xuyên ngầm σ(θ) hai hạt có mơmen từ hợp góc θ: σ(θ)∼ ( n ↑2 + n ↑ n ↓ sin2(θ/2) n ↓ )cos2(θ/2) + (1/2)JHσ hay: σ(θ) ∼ (1/2)( n ↑ + n ↓ )2[1 - P2 cosθ] (3) T=0 0