Войти  |  Регистрация
Авторизация

Температурная зависимость электро- и магнитосопротивления в немагнитных аморфных сплавах



Основной интерес к аморфным немагнитным сплавам обусловлен отрицательным ТКС, для объяснения которого в настоящее время предложены различные модели.
В табл. 4.2 представлены удельные сопротивления некоторых аморфных сплавов, имеющих отрицательный TKC. Абсолютная величина ρ приведенных сплавов уменьшается примерно на 3 % при повышении температуры от 4,2 К до комнатной. Из рис. 4.15 видно, что выше 50 К термоэдс всех аморфных сплавов изменяется линейно с температурой. Показано, что низкотемпературное поведение Q может быть объяснено увеличением константы электрон-фононного взаимодействия g. Проведены оценки электросопротивления и термо-ЭДС по теориям Займана и Мотта для жидких 3d-металлов. Как следует из табл. 4,3, модель Мотта при оценке термо-ЭДС дает хорошее согласие с экспериментом.
Температурная зависимость электро- и магнитосопротивления в немагнитных аморфных сплавах
Температурная зависимость электро- и магнитосопротивления в немагнитных аморфных сплавах

Необходимость учета электрон-фононного взаимодействия вытекает также из анализа экспериментальных данных по температурным зависимостям термо-ЭДС аморфных сплавов Cu—Zr, Cu—Hf, Cu—Ti, Ni—Zr, Ni—Nb, La—Al, La—Ga. Здесь показано, что нелинейная зависимость Q от Т при низких температурах обусловлена перенормировкой эффективной массы электрона за счет электрон-фононного взаимодействия. Рассчитанные из Q(T) значения g(Т→0) согласуются со значениями g, полученными из независимого эксперимента. Установлена также зависимость от g низкотемпературного ТКС. На примере бинарных аморфных сплавов Zr70Pd30, Zr70Ni30, Zr70Co30, Zr65Cu35, Zr50Cu50 и Zr35Cu65 показано, что g = k0 dρ/dT. Здесь значения g, определенные из независимых экспериментов, соответствуют g, вычисленным по теории Займана, описывающей кинетические свойства аморфных металлических сплавов с переходными металлами. Для этих сплавов k0 = 20 К/(мкОм*см).
Температурная зависимость электро- и магнитосопротивления в немагнитных аморфных сплавах

В одной и той же системе при разных концентрациях компонентов может наблюдаться как линейное, так и нелинейное поведение Q(T). Например, температурная зависимость термо-ЭДС для немагнитных аморфных сплавов Fe—Zr (при содержании ниже 35 ат.% Fe) является линейной, для ферромагнитных аморфных сплавов Fe—Zr — нелинейной и немонотонной. По мнению авторов, для объяснения такой зависимости следует учесть какой-либо магнитный механизм неупругого рассеяния. Ho, как нам кажется, нелинейное поведение Q (T) может быть получено и на основании теоретических представлений.
Однако следует отметить, что для большинства аморфных сплавов наблюдается линейная зависимость термоэдс от температуры.
Температурная зависимость электро- и магнитосопротивления в немагнитных аморфных сплавах

В настоящее время наиболее обоснованной проверкой теории Займана, по-видимому, является измерение ρ(T) при изменении состава аморфных сплавов (т. е. при изменении соотношения 2kр/kр). Для бинарных аморфных сплавов Cu—Sn результаты таких экспериментальных исследований представлены на рис. 4.16, на котором по казано р при с = 25; 40; 50; 61; 80 ат.% Cu (кривые 1—5). Оказалось что в диапазоне с = 10/50 ат. % Cu аморфный сплав имеет положи тельный ТКС, при с = 60/80 ат.% Cu — отрицательный. Эти результаты можно качественно объяснить на основе теории Займана если воспользоваться приближенной формулой для отношения kp/2kF:
Температурная зависимость электро- и магнитосопротивления в немагнитных аморфных сплавах

Как показывает анализ (4.37), kp/2kF = 1 при с = 0,8. Следовательно, при больших концентрациях меди, согласно теории Займана, TKC аморфных сплавов Cu—Sn должен быть отрицательным, что согласуется с экспериментом.
Для случая тройных аморфных сплавов (Ag50Cu50)100-cMc (М = Mg, Al, Ge; 10 ≤ с ≤ 70/100), Ag—Cu—Mg изменение знака TKC контролировалось отношением 2kF/kр. Перемена знака TKC в указанных аморфных сплавах происходит также при составах, для которых 2kF/kp = 1, что согласуется с выводами теории Займана; для сплавов с TKC ≤ 0 и TKC ≥ 0 в интервале температур 10—40 К P ~ AT2 (А ≥ 0).
Температурная зависимость электро- и магнитосопротивления в немагнитных аморфных сплавах

В противоположность предсказаниям теории Займана (где при T ≥ Θρ ≥ T) в аморфных сплавах Nb3Ge и (Ni50Pd50)70,5Р26,5 экспериментальные результаты по электросопротивлению при T ≥ Θ описываются зависимостью ρ ~ in Т. Авторы работы объясняют такую зависимость ρ «кондоподобным» эффектом (за счет рассеяния электронов на туннельных состояниях) и показывают, что полученные зависимости ρ(T) хорошо описываются выражением ρ = ρ0 — Cpln (T2 + Δ2) (рис. 4.17). В табл. 4.4 приведены параметры ρ0, Cp и Δ. Полученные большие значения Δ хорошо укладываются в рамки модели туннельных состояний.
В аморфных сплавах Nb-Ni теоретические результаты хорошо согласуются с экспериментальными зависимостями ρ(T) при использовании расширенной теории Займана с учетом электрон-электронного взаимодействия по Бейму.
Сложная зависимость сопротивления от температуры получена для аморфных сплавов Mg100-cZnc (рис. 4.18). (Аналогичная зависимость ρ(T) получена для аморфного ферромагнитного сплава Fе78Мо2В20. В области температур ~10 К имеется минимум, который сдвигается в область более высоких температур при увеличении содержания Zn Значение этого минимума примерно 10в-3 %, что типично для минимума сопротивления аморфных сплавов с парамагнитными добавками При температурах выше 10 К электросопротивление увеличивается -Т2, что может быть объяснено теорией Займана. Температура максимума р сдвигается в область более низких температур при увеличении содержания Zn. При T ≥ Tmax TKC ≤ 0, коэффициент Холла отрицателен и не зависит от температуры. Холловские данные были использованы для определения параметра 2kF/kp, который для аморфных сплавов Mg-Zn — порядка единицы, что хорошо согласуется с отрицательным TKC при T > Tmax. В области температур Tmax ≤ T ≤ 200 К ρ ~ Т3/2 (такая зависимость наблюдается у некоторых ферромагнитных аморфных сплавов), при T ≥ 200 К ρ ~ Т. Термоэдс аморфных сплавов Mg-Zn отрицательна и, как показано на рис. 4.19, нелинейна при температурах ~200 К. что соответствует изменению температурной зависимости ρ от к ~ Т3/2 к ~Т. По-видимому, это свидетельствует об изменении механизма рассеяния электронов при указанной температуре.
Довольно неоднозначные интерпретации приводятся различными авторами при обработке экспериментальных результатов по электросопротивлению аморфных сплавов на основе лантана.
Так, для объяснения ρ(T) аморфных сплавов La—Al, La—Au, La—Ga и La—Ge использовались две модели — теория Займана и «модифицированная» модель Кондо. На рис. 4.20, а представлены экспериментальные данные для р в зависимости от температуры и состава аморфного сплава La—Al, Видно, что TKC этих сплавов становится отрицательным при содержании Al больше 20 ат.%, причем при T ≥ 100 Kp ~ In Т. Аналогичные результаты получены и для других аморфных сплавов. Это указывает на то, что знак TKC не зависит от средней валентности аморфных сплавов. Как следует из рис. 4.20, б, для сплава La—Al 2kF/kp ≤ 1, т. е. согласно модели Займана, положительный TKC должен наблюдаться при содержании Al вплоть до 18 ат.%, что соответствует эксперименту (рис. 4.20, а). В случае аморфных сплавов La—Au, согласно модели Займана, TKC ≥ 0 можно ожидать вплоть до ~70 ат. % Au (рис. 4.20, б), что не согласуется с данными работы. Авторы делают вывод о неприменимости теории Займана для исследуемых аморфных сплавов на основе La и предлагают интерпретировать экспериментальные результаты по ρ(T) на основе «модифицированной» модели Кондо.
Температурная зависимость электро- и магнитосопротивления в немагнитных аморфных сплавах

Данные для аморфных сплавов La—Ga коррелируют с результатами работы, где исследованы TKC и термоэдс аморфных сплавов La100-cGac (18 ≤ с ≤ 22) в интервале температур 4—300 К. Величина Q аморфных сплавов отрицательна и приблизительно линейно изменяется с температурой. TKC в зависимости от состава меняет знак. Экспериментально установлено, что значение Q для аморфного сплава La78Ga22 при TKC ≥ 0 значительно больше, чем для сплава La82Ga18 при TKC ≤ 0. Это противоречит теории Займана, согласно которой знак Q должен быть противоположен знаку TKC.
Возможность интерпретации TKC аморфных сплавов La100-cGaс (15 ≤ с ≤ 30) на основе модели Займана. Авторы считают, что противоречие с моделью Займана, наблюдаемое в работах по исследованию сплавов La—Ga, вызывается частичной кристаллизацией образцов, что приводит к положительному ТКС. Корреляцию температурной зависимости коэффициента Холла (Rн ≥ 0) с TKC для аморфных сплавов La—Ga экспериментально наблюдали в работе.
Температурная зависимость электросопротивления для аморфных сплавов La—Al анализировалась с учетом квантовых поправок к сопротивлению. Как видно из рис. 4.21, характер зависимости ρ(Т) в интервале температур 12—400 К не изменяется в параллельных и перпендикулярных магнитных полях до 60 кЭ (влияние магнитного поля начинает проявляться в области сверхпроводящих флуктуаций при Т ≤ 12 К). TKC меняет знак при переходе в кристаллическую фазу. Аналогичные зависимости ρ(Т, Н) наблюдались в аморфных сплавах La82Al18 и La75Al25. В области высоких температур T ≥ 0 зависимость ρ(T) является линейной (см. рис. 4.21)
Температурная зависимость электро- и магнитосопротивления в немагнитных аморфных сплавах

Из экспериментов для аморфного сплава La80Al20 получены значения: ρ1 = 199 мкОм*см; Л, = 7*10в-5 К-1. При 30—200 К
Температурная зависимость электро- и магнитосопротивления в немагнитных аморфных сплавах

где ρ2 = 207 мкОм*см; А2 = 4*10в-3 К-1/2. Такое поведение ρ(Т) свидетельствует о том, что в различных температурных интервалах в отрицательный TKC превалирующий вклад дают разные механизмы. В частности, в области высоких температур Т ≥ Θ = 122 К, когда существенны многофононные процессы, за счет температурной зависимости фактора Дебая — Валлера W(T) появляется отрицательная поправка к TKC
Температурная зависимость электро- и магнитосопротивления в немагнитных аморфных сплавах

Здесь ρ0 — остаточное сопротивление; ρэ.ф описывает вклад электрон-фононного рассеяния в электросопротивление; W1 = 3рF/2m*kвΘ — усредненный по поверхности Ферми коэффициент температурозависящей части фактора Дебая — Валлера:
Температурная зависимость электро- и магнитосопротивления в немагнитных аморфных сплавах

pF — фермиевский импульс; m* — эффективная масса электрона.
С понижением температуры при T ≤ h/kвτу — частота процессов упругого рассеяния электронов) существенны квантовые поправки к сопротивлению. В случае трехмерных неупорядоченных систем поправки, пропорциональные могут быть обусловлены эффектами либо взаимодействия, либо андерсоновской локализации (поскольку ρ0 - 200 мкОм*см, что довольно близко к порогу локализации. В данном случае наличие магнитных примесей, которые, как известно, приводят к подавлению локализационных поправок, и высокие температуры, при которых проявляется зависимость ρ - T1/2, по-видимому, позволяют связать ρ(T) лишь с эффектами взаимодействия. Изученные аморфные образцы являются трехмерными, поскольку их толщина d0 = 3*10в4 нм существенно превышает вплоть до Т = 1 К характерные размеры в теории взаимодействия Lint = (hDe/kвТ)1/2 = 10 нм и локализации Lloc = (Deτp)1/2 = 10в2 нм. В последнем случае в качестве τφ выбиралось время неупругой релаксации электронов на фононах, τφ = h/kвТ(Θ/T) = 10в-7 с (здесь скорость Ферми vF = 3,8*10в7 см/с, длина свободного пробега электронов l = 3*10в-3 см и Θ = 122 К определены из экспериментов по измерению низкотемпературной теплоемкости, величины остаточного электросопротивления и углового распределения γ-квантов при электрон-позитронной аннигиляции). Коэффициент А2 хорошо согласуется с теоретической оценкой по формуле теории взаимодействия
Температурная зависимость электро- и магнитосопротивления в немагнитных аморфных сплавах

для безразмерной константы связи λэфф = 2 (в которую вносят вклад как электрон-фононное, так и кулоновское взаимодействия).
Температурная зависимость электро- и магнитосопротивления в немагнитных аморфных сплавах

В настоящее время можно определенно говорить о неприменимости теории Займана лишь к высокорезистивным аморфным сплавам. Экспериментально особенно убедительно это показано на аморфных сплавах Ca-Al с ρ0 = 400 мкОм*см. На рис. 4.22 представлены температурные зависимости сопротивления и коэффициента Холла аморфных сплавов Са100-сАlc (табл. 4.5). Из таблицы видно, что эффективная электронная концентрация (е/а)эфф намного меньше, чем соответствующее значение (e/a)0 для свободных электронов. Значение 2kF/kp ≤ 1, тогда для него, согласно теории Займана, TKC ≥ 0, что противоречит полученным в работе экспериментальным результатам. Из оценок следует, что в аморфном сплаве Са60Al40 длина свободного пробега электронов ~0,21 нм, а эффективная концентрация электронов ~1,6, Это указывает на то, что аморфные сплавы Ca—Al с ρ0 = 400 мкОм*cм нельзя описывать в модели почти свободных электронов. Здесь необходимо дополнительно учитывать вклад в кинетические свойства аморфных сплавов Са60Аl40 процессов s—d-рассеяния.
Температурная зависимость электро- и магнитосопротивления в немагнитных аморфных сплавах

Особый интерес представляет анализ экспериментальных данных об электропроводности при низких температурах двухмерных аморфных и разупорядоченных металлических пленок, толщины которых существенно меньше характерных размеров в теории взаимодействия Lint = (hDe/kвТ)1/2 и локализации Lloc = (Deτφ)1/2. Это связано с тем, что в таких объектах изменение электропроводности при понижении температуры в значительной мере обусловливается эффектами слабой локализации и взаимодействия, так как в случае одно- и двухмерных систем соответствующие поправки δσ к проводимости при T→0 расходятся степенным или логарифмическим образом (в трехмерном случае следует конечность квантовых поправок).
Температурная зависимость электро- и магнитосопротивления в немагнитных аморфных сплавах

В настоящее время нет недостатка в экспериментальных данных и обзорах по ρ(T) аморфных и разупорядоченных металлических пленок, поэтому отметим лишь несколько последних работ.
Авторы, обрабатывая экспериментальные данные для поправки к сопротивлению (рис. 4.23, а) в пленках Bi но формуле
Температурная зависимость электро- и магнитосопротивления в немагнитных аморфных сплавах

определили зависимость константы А от напряженности приложенного магнитного поля H (рис. 4.23, б). В случае малых поправок ΔR можно ожидать, что эффекты слабой локализации и взаимодействия аддитивны, поэтому в нулевом поле А(0) = Aloc + Aint. В не очень сильном магнитном поле эффекты слабой локализации подавляются (за счет разрушения интерференции), а вклад эффектов взаимодействия остается приблизительно неизменным: A(H) = Aint. Согласно экспериментальным данным, А(0) = 0,3, А(H/) = 1,0, А(H//) = 0,8, откуда Aloc = -(0,5/0,7). Поскольку константа Aloc ≤ 0, то интерференция электронных волновых пакетов при рассеянии на неоднородностях структуры проявляется в виде «антилокализации». Это согласуется с сильным спин-орбитальным взаимодействием в висмуте. Измерение угловых зависимостей показало двухмерный характер электронных свойств исследованных пленок. В то же время показано, что положительное магнитосопротивление пленок Bi (а также Ga и V) в полях до 40 кЭ при низких температурах объясняется рассеянием электронов на сверхпроводящих флуктуациях.
Есть сообщения об отсутствии корреляции между знаком производной сопротивления dρ/dH аморфных сплавов A100-cBc = Ti, Zr; В = Cu, Ni, 30 ≤ с ≤ 60) при T = 1,2 К и H = 135 кЭ и величиной спин-орбитального взаимодействия, что противоречит теории слабой локализации.
Таким образом, объяснение магнитосопротивления аморфных сплавов механизмами int и loc нельзя считать универсальным, хотя для ряда аморфных пленок, например для Cu, Ag, Al, Mg Pt и др., эти механизмы могут быть определяющими.
Интересный результат получен при измерении электросопротивления аморфного металлического сплава Zr75Rh25. В температурном интервале 4,2—298 К TKC этих сплавов отрицательный, а зависимость ρ(T) — монотонно убывающая, причем при 35—298 К (вдали от температуры сверхпроводящего перехода) электропроводность можно аппроксимировать формулой
Температурная зависимость электро- и магнитосопротивления в немагнитных аморфных сплавах

при n = 1/2. Аналогично описывается при 50—550 К электропроводность аморфных сплавов Be40Ti50Zr10. Эти результаты позволяют предположить сосуществование в упомянутых аморфных системах металлической проводимости с не зависящим от температуры вкладом σ0 и прыжковой проводимости активационного типа, объясняющейся частичной диэлектризацией какой-то другой группы носителей. Значение n = 1/2 соответствует переменной длине прыжков, что хорошо согласуется с пространственной неоднородностью аморфных систем. Таким образом, приведенные экспериментальные результаты можно рассматривать как доказательство возможности локализации части электронов проводимости.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent