پدیده هال نیروی دما برقی مقاومت مغناطیسی FeRh

پدیده هال نیروی دما برقی مقاومت مغناطیسی FeRh – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه فیزیک

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

پدیده هال و نیروی دمابرقی مرتبط با مقاومت مغناطیسی بزرگ در ترکیبات FeRh

چکیده

اندازه‌گیریهای همزمان مقاومت مغناطیسی ، مغناطیس پذیری، تاثیر هال، نیروی دمابرقی و دمای خاص ترکیب FeRh ، جائیکه ۳٫۵ at.% Ni (نیکل) در مقرهای Fe (آهن) تغلیظ گشته است، به منظور توضیح و مشخص نمودن منبع پدیده بزرگ مقاومت مغناطیسی از طریق انتقال متامغناطیسی یا متامگنتیک  از حالت آنتی‌فرومگنتیک (AF) به حالت فرومگنتیک (F) مورد بررسی و تحقیق قرار گرفته است. ضریب هال علامت یا نشان خود را از طریق انتقالات متامغناطیسی تغییر می‌دهند. علامت نیروی دمابرقی نیز از طریق انتقال از حالت AF به F  از مثبت به منفی تغییر می‌نماید.ضریب دمای خاص الکترونیک به میزان قابل توجهی از طریق انتقال متامغناطیسی از حالت AF به F افزایش می‌یابد. این نتایج بر این نکته تاکید می‌کند که تاثیر مقاومت مغناطیسی بزرگ در ترکیبات FeRh منجر به بازسازی سطح فرمی در امتداد انتقال متامغناطیسی می‌شود. در دماهای کم، انتقالات متامغناطیس دو- مرحله‌ای یافت شده است، که خود یک حالت غیرجبرانی AF یا فرومغناطیسی در ناحیه فیلد- میانی اطراف ۳-۲ T را  تنها در فرآیند افزایش فیلد عنوان می‌دارد.

پدیده هال نیروی دما برقی مقاومت مغناطیسی FeRh

۱- مقدمه

برای مدت بیش از ۵۰ سال توجه زیادی معطوف به خصیصه‌های مغناطیسی و انتقال الکتریکی ترکیبات FeRh منظم شده است. سیستم FeRh منظم دارای یک ساختار CsC1– گونه می‌باشد.  بر اساس گزارشات این سیستم از خود یک انتقال فاز مرتبه اول از حالت پایه آنتی‌فرومگنتیک (AF) به حالت فرومگنتیک (F) حول دمای بحرانی  را ارائه می‌دهد. در حالت AF زیر T₀ ، فیلد مغناطیسی باعث القای یک انتقال متامغناطیسی مرتبه اول به حال F می‌شود. دمای بحرانی و فیلد انتقال بصورت جایگزینی در مقرهای Fe یا Rh  تغییر می‌یابند. وابستگی دمایی مقاومت ویژه نشان دهنده یک پرش بلند حول T₀ است. از طریق انتقال متامغناطیسی ، یک تاثیر مقاومت مغناطیسی بزرگ (GMR) مشاهده گردیده است.

در این مقاله، ما اندازه‌گیریهای همزمان مقاومت ویژه ، تاثیر هال، نیروی ترموالکتریک  و مغناطیسی نمودن ترکیب FeRh تغییر یافته را مورد بررسی قرار می‌دهیم. در ترکیب FeRh تغییرنیافته ، فیلد بحرانی (H_C) بسیار بزرگتر از آن است که کسی بتواند وابستگی فیلد مغناطیس و خصیصه‌های انتقال را از طریق انتقال متامغناطیس اندازه‌گیری نماید. به منظور فعال ساختن چنین اندازه‌گیریهایی ما ترکیب را مهیا نموده‌ایم. به منظور بدست آوری تغییر دانسیته حالتها در سطح فرمی از طریق انتقال متامگنتیک ، اندازه‌گیری گرمایی خاص نیز تا میزان  صورت پذیرفت.

پدیده هال نیروی دما برقی مقاومت مغناطیسی FeRh

۲- رویه تجربی

ترکیب  بوسیله  ذوب اجزا در یک کوره سه قوسی تحت اتمسفر آرگون مهیا گردید. پس از ذوب، شمشها تحت واکیوم شدید       (<5*10^-6 Torr) برای مدت ۵۰ ساعت در دمای ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد پخته شده و سپس در اطاق دما در نرخ ۱ k min^-1 خنک شدند. ساختار  CsC1 نیز با استفاده از سیستم اندازه‌گیری انکسار اشعه ایکس تایید گردید. ترکیبات Fe، Ni و Rh نیز با استفاده از یک بررسی‌گر الکترون میکروآنالیز آزمایش شد. نمونه این آزمایش در پلیتهای نازک ۰٫۴ * ۳ * ۵ mm³ تشکیل شد.

ولتاژهای هال و مقاوم مغناطیسی  نیز با یک روش متعارف متد dc 4 روشه با استفاده از جریان برق کنترل شده بوسیله کامپیوتر و یک نانوولتمتر HP 34420A مورد اندازه‌گیری قرار گرفت. نیروی ترموالکتریک نیز با بهره‌گیری از روشی متفاوت با استفاده از ترموکاپلهای نقره معمولی AuFe اندازه گیری شد. همچنین میدان مغناطیسی با استفاده از مگنت فوق‌رسانا با فیلدی بیش از ۹ T بکار گرفته شد. اندازه‌گیریهای مغناطیسی نیز تا میزان ۷ T با بهره‌گیری از مغناطیس‌سنج کوانتوم‌-‌ دیزاین SQUID انجام پذیرفت.گرمای مخصوص نیز با استفاده از روش استراحت و با بهره‌گیری از کوانتوم‌-‌ دیزاین PPMS اندازه‌گیری شد. میدان مغناطیسی نیز بصورت عمودی با سطح نمونه برای اندازه‌گیریهای  انتقال و مغناطیس بکار گرفته شد و همچنین در سطح برای اندازه‌گیری گرمای ویژه استفاده گردید.

پدیده هال نیروی دما برقی مقاومت مغناطیسی FeRh

۳- نتایج تجربی

۱-۳٫ مقاومت مغناطیسی و تاثیر هال

شکل ۱ نشان دهنده وابستگی فیلد مقاومت ویژه هال ، مقاومت ویژه الکتریکی و مغناطیسی شدن در k200 می‌باشد. در این دما، نمونه در هر فیلد بصورت فرومغناطیس بوده و نه نشان دهنده انتقال متامغناطیس و نه تاثیر GMR می‌باشد. Ph(H) از M(H)  برای فلزات فرومغناطیسی عادی تقلید می‌نماید. برای فلزات فرومغناطیسی عادی، Ph(H) بصورت تجربی بعنوان مجموع دو عبارت بیان شده است: مقاومت ویژه هال عادی R_oH و مقاومت ویژه فوق‌العاده R_sM ، جائیکه R_o و R_s ضریبهای هال معمولی و فوق‌العاده می‌باشند. در سیستم FeRh ، PH(H) در حالت F را می‌توان در تاثیرات نرمال و فوق‌العاده هال ( ) تجزیه نمود که نتیجه پراکنش مغناطیسی بشرح ذیل می‌باشد.

۲-۳٫ نیروی دمابرقی

شکل ۵ نشان دهنده وابستگی دمایی نیروی دمابرقی (s) برای  و T9 می‌باشد. در فیلد صفر، یک پسماند یا افت مغناطیسی بزرگ در s(T) مشاهده شد، که بر اساس انتقال مرتبه اول بوده است. در حالت F و در دمای بیشتر،  علامت S منفی می‌باشد. در حول و حوش دمای بحرانی ، برای کاهش دما  T_o=100K  و برای افزایش دما ۱۴۵K شاهد تغییر ناگهانی S خواهیم بود. در   جائیکه که نمونه بر فرازکل محدوده دمایی بررسی شده بصورت فرومغناطیس بوده است و علامت S منفی بوده و همچنین بعنوان تابع دما به میزان اندکی متفاوت می‌باشد.

برای دماهای بیشتر، مقادیر s(T) تقریبا مساوی با حالت F در فیلد صفر می‌باشد. تغییرات علایم S بین  و T9 زیر T_o سازگار با وابستگی فیلد S در T=8 ، ۵۵ و k98 می‌باشند همانگونه که در شکل ۶ نشان داده شده است. بر حسب معادله موت برای نیروی دمابرقی:

۳-۳٫ دمای ویژه

به منظور بررسی وابستگی فیلد تراکم حالتها (DOS) در سطح فرمی، ما نسبت به اندازه‌گیری وابستگی گرمایی دمای ویژه در یک ناحیه کم دما در   و T7 ، جائیکه نمونه  بترتیب در حالتهای AF ، میانی و F  بوده است،  اقدام نمودیم. همانگونه که در شکل ۷ نشان داده شده است، C/T بصورت خطی در مقابل T² بوده که معمولا برای فلزات معمولی مشاهده می‌شود. ضریب دمایی خاص برقی  از متقاطع شدن C/T در برابر طرح T² منشعب شده است که به میزان کمی برای فیلد بکار رفته ۲ T  افزایش یافته و همچنین این افزایش برای فیلد ۷ T قابل توجه می‌باشد. مقادیر –  تقریبا برابر با ۶٫۰ ، ۷٫۰ و ۱۳٫۰  برای  ، ۲ و T7  ارزیابی می‌شود. مقادیر –  در حالتهای AF و F همانند آنهایی هستند که در رفرنس بدانها اشاره گشته است. این حقیقت عنوان می‌دارد که DOS در سطح فرمی به میزان اندکی از طریق انتقال از AF  به حالت میانی افزایش یافته و در حالت F نیز تقریبا دوبله می‌شود. مقدار کوچک DOS در حالت AF ، ناپدید شدن برخی از بخشهای سطح فرمی بواسطه تشکیل فاصله یا فضای سوپرمنطقه‌ای و منجر شدن  آن به P بزرگ را  بصورت ضمنی عنوان می‌دارد. در حالت F ، مقادیر DOS نیز بواسطه ناپدید گشتن فاصله سوپر‌منطقه‌ای افزایش می‌یابد و منجر به p کوچک می‌شود. این سناریو مدلی را پشتیبانی می‌نماید که بر اساس آن بازسازی سطح فرمی مبدا اصلی تاثیر GMR در سیستمهای FeRh می‌باشد.

پدیده هال نیروی دما برقی مقاومت مغناطیسی FeRh

۴- مباحث

در این بخش، ما تمرکز خود را بر روی مکانیزم GMR خواهیم گذاشت و علت این امر نیز بازسازی سطح فرمی مرتبط با انتقال متامغناطیس در سیستم FeRh می‌باشد. گوناگونی قابل توجه در تاثیر هال وجود دارد شامل،  نیروی دمابرقی و ضریب گرمایی خاص الکترونیکی همراه با شناسایی نقطه گشتاور مغناطیسی تا یک میزان تغییر محسوس سطح فرمی در سیستمهای FeRh در انتقال متامغناطیس. با متقاطع شدن سطح فرمی بوسیله محدوده‌‌ها یا مرزهای ناحیه- بریلوین در حالت AF ، که معمولا منجر به ایجاد فاصله در ارتباطات پراکنش الکترون می‌شود،  برخی از بخشهای سطح فرمی ناپدید می‌گردد. بعبارت دیگر، تراکم حامل تقلیل می‌یابد. این مکانیزم منجر به افزایش ارزش p و کاهش ارزش y می‌گردد. با این وجود، ارزش- y  تنها بوسیله فاکتور دو در حالت F بزرگتر از نوع آن در حالت AF می‌باشد، که به اندازه کفایت برای توضیح گوناگونی وسیع   p  (در حدود فاکتور ۸) نمی‌باشد، البته در صورتی که ارزش- y  تنها در نواحی سطح فرمی بازتاب داشته باشد.

…

ما باید مکانیزم دیگری را برای توضیح GMR در نظر داشته باشیم. یکی از موارد اصلی تفاوت سرعت فرمی می‌باشد که نتیجه تغییر ساختار باند بین  فازهای AF و F است و بوسیله اگوچی برای توضیح GMR برای چند‌لایه‌های مغناطیس بکار گرفته شده است.   بر حسب تئوری نیمه‌کلاسیک رسانایی الکتریکی بر اساس معادله بولتزمن ، مقاومت ویژه بصورت معکوس متناسب با سرعت فرمی v_s الکترونهای رسانا می‌باشد که بوسیله گرادیان پراکنش انرژی در فضای- k عنوان شده است. برخی از انشعابات باند که از انرژی فرمی نزدیک مرزهای ناحیه AF  عبور می‌کند دارای گرادیان کوچکتر از پراکنش انرژی در فاز AF  می‌باشد، که منجر به سرعت فرمی کمتر می‌گردد. با نادیده گرفتن ارتقای توده چند مجموعه‌ای، y را می‌توان بشرح ذیل توضیح داد:

پدیده هال نیروی دما برقی مقاومت مغناطیسی FeRh

۵- نتیجه‌گیری

ما مقاومت مغناطیس ، مغناطیس کردن، تاثیر هال، نیروی دمابرقی و دمای ویژه را بطور همزمان برای یک ترکیب Fe(3.5% Ni)Rh را مورد بررسی قرار داده تا از این طریق مبدا GMR را از طریق انتقال متامغناطیس بدست آوریم. ضریب هال ، علامت خود را از طریق انتقالات متامغناطیس تغییر می‌دهد. علایم نیروی دمابرقی برای حالتهای F و AF ممکن می‌باشد. ضریب دمایی ویژه الکترونیکی به میزان قابل توجهی از طریق انتقال متامغناطیس از حالت AF به حالت F افزایش می‌یابد. این نتایج موکد این نکته می‌باشند که تاثیر مقاومت مغناطیسی در ترکیبات FeRh بطور شایعی بوسیله بازسازی سطح فرمی در حول انتقال متامغناطیس حاصل می‌گردد.