Đã có một số mô hình đưa ra để giải thích hiệu ứng từ trở như: mô hình hai dòng của Mott (cơ chế tán xạ phụ thuộc vào spin), mô hình cấu trúc dải, mô hình chuỗi rào thế, mô hình mạng điện trở... Cho đến nay, cơ chế tán xạ phụ thuộc vào spin là mô hình giải thích tốt nhất cho hiệu ứng từ trở khổng lồ xuất hiện trong hệ hợp chất perovskite manganite.
Giả thiết ta có các màng mỏng từ được sắp xếp xen kẽ nhau giữa các lớp có từ tính và các lớp phi từ với các vật liệu sắt từ (FM) và phản sắt từ (AF) như hình 1.13.
Cơ chế của hiệu ứng từ trở khổng lồ có thể được giải thích với sự tổ hợp đồng thời của ba giả thiết sau:
(1) Vì độ dầy của lớp phi từ chỉ vào cỡ 1nm, tức là nhỏ hoặc xấp xỉ với quãng đường tự do trung bình của các điện tử, nên điện tử có khả năng vượt qua lớp đệm không từ tính để chuyển động từ lớp từ tính này sang lớp từ tính khác.
21
(2) Khi chuyển động trong các lớp vật liệu có từ tính hoặc trong vùng chuyển tiếp với các lớp có từ tính, sự tán xạ của các điện tử phụ thuộc vào định hướng spin của chúng.
(3) Định hướng tương đối của các véc tơ từ độ trong các lớp có thể thay đổi dưới tác dụng của từ trường ngoài [9].
Hiệu ứng từ trở khổng lồ (GMR) có ở trong vật liệu màng mỏng đa lớp, các lớp có từ và phi từ nằm xen kẽ nhau. Trong vật liệu perovskite manganite, hiệu ứng từ trở khổng lồ (CMR) xảy ra với các lớp có từ tính tương ứng với các lớp nguyên tử Mn cách nhau qua mặt phẳng phi từ là mặt phẳng tạo bởi các ion oxy. Trong vật liệu có hai loại hạt tải với spin up () và spin down (), chúng tham gia độc lập với nhau vào quá trình dẫn điện. Như vậy hai loại hạt tải với hai cấu hình spin khác nhau sẽ tương ứng với hai kênh dẫn khác nhau cùng đóng góp vào quá trình dẫn điện. Hình 1.13 mô tả quá trình tán xạ spin của các điện trở trong các màng mỏng FM và AF với M là các lớp có từ tính còn N là các lớp phi từ.
Hình 1.13. Sự tán xạ của các điện tử có spin up () và spin down () khi chuyển động qua các lớp: a) Trường hợp liên kết giữa các lớp là liên kết phản sắt từ;
b) Trường hợp liên kết giữa các lớp là liên kết sắt từ .
22
Trong hình 1.13 là quá trình chuyển dời của các điện tử có spin up () và spin down ()qua các lớp từ có phương từ độ khác nhau. Mỗi điện tử khi đi từ một lớp từ này đến lớp từ tiếp theo, spin của nó không bị thay đổi, hay nói khác đi là điện tử bảo toàn spin. Xác suất tán xạ phụ thuộc vào chiều spin của điện tử dẫn so với phương từ độ của mẫu. Các điện tử có spin song song với từ độ sẽ bị tán xạ ít hơn so với điện tử có spin phản song song.
Có thể thấy rằng trong trường hợp không có trường ngoài (H = 0), khi các lớp từ liên kết phản song song với nhau (liên kết AF) thì mỗi kênh điện tử với spin - thuận và spin - nghịch sẽ bị tán xạ mạnh khi đi qua lớp từ có từ độ phản song song với spin và sẽ bị tán xạ rất ít khi đi qua lớp từ có từ độ song song với spin của nó. Kết quả là toàn bộ các điện tử dẫn đều bị tán xạ như nhau và điện trở suất ứng với hai kênh là như nhau (hình 1.13a). Điện trở suất tương ứng với cấu hình này là:
2
(1.6)
Còn trong trường ngoài đủ lớn, từ độ của các lớp từ sắp xếp song song với nhau (liên kết FM) thì chỉ kênh điện tử có spin ngược chiều với từ độ là bị tán xạ mạnh, còn kênh kia có spin luôn cùng chiều với từ độ nên chúng truyền qua được dễ dàng, điện trở suất của kênh này là nhỏ hơn (hình 1.13b). Điện trở suất tương ứng với cấu hình này là:
2 (1.7)
Tán xạ spin của các điện tử trong các màng mỏng từ có các spin up () và down () mô tả trên đây được minh họa trong hình 1.14 theo các mạch điện trở tương ứng với các phương trình 1.6 và 1.7.
23
Hình 1.14. Sơ đồ mạch điện trở tương đương với sự sắp xếp phản sắt từ hình a và sắp xếp sắt từ hình b. a b 2 2 .
Lý thuyết CMR vừa trình bày trên đây dựa trên mô hình hai dòng điện của Mott (dòng điện của các điện tử có spin thuận và dòng điện của các điện tử có spin nghịch) và cơ chế tán xạ phụ thuộc spin của điện tử [14].
1.10. Những đặc điểm quan trong của các hợp chất La2/3Ca1/3Mn1-xTMxO3Hợp chất manganite La1-xAxMnO3 được coi như là tổ hợp của thể rắn giữa