Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | 3 |

На рис. 7 представлены температурные зависимости сопротивления трех образцов в линейном (a) и логарифмическом (b) масштабах, а также в масштабе T1/2 (c).

Номер образца соответствует номеру группы, к которой он принадлежит. Для получения образцов первой группы (0.146 x 0.187) использовался вышеописанный процесс с температурой отжига в вакууме TM = 900C без стадии промежуточного отжига на воздухе при 300C.

Далее представлены результаты исследований R(T ) и R(B) для образца №1 с x = 0.187. Как видно из рис. (кривая 1), этот образец имеет отрицательный температурный коэффициент сопротивления, поэтому можно сделать вывод, что он находится на диэлектрической стороне перехода металЦдиэлектрик. Температурная зависимость сопротивления линейна в логарифмическом масштабе (рис. 7, b).

Процедура получения образца № 2 с x = 0.198 включала предварительный отжиг в течение 1 h на воздухе при TP = 300C с последующим получасовым отжигом в вакууме при температуре TM = 900C. На кривой R(T ) этого образца наблюдается минимум при T = 45 K (кривая 2), а температурный коэффициент сопротивления положителен в области высоких и отрицателен в области низких температур. Минимум на кривых R(T ) наблюдался для всех образцов второй группы при изме- Рис. 7. Температурная зависимость сопротивления волокна, нормированная на сопротивление при T = 255 K, в разных нении времени низкотемпературного отжига в пределах масштабах для различных методов приготовления образцов.

0.5 1h.

1 Ч TM = 900C, x = 0.187, без предварительной термообраВремя предварительного отжига на воздухе при ботки; 2 Ч TM = 900C, x = 0.198, = 1h; 3 Ч TM = 700C, TP = 300C для образца № 3, для которого x = 0.251, x = 0.251, = 2h.

составляло 2 h, температура высокотемпературного отжига TM = 700C. Он имеет типичный для ДгрязныхУ металлов характер температурной зависимости сопро3.4. М а г н и т о р е з и с т и в н ы й э ф ф е к т. На рис. тивления. Сопротивление уменьшается при понижении и 9 приведены магнитополевые зависимости МС температуры, выходя на насыщение в области низких R(B)/R(0) = R(B) - R(0) /R(0) для образцов трех температур. Другие образцы данной группы, для когрупп при разных температурах в случае, когда магнитторых время предварительного отжига варьировалось ное поле перпендикулярно волокну. Характер зависимов интервале = 1-3 h, имели аналогичную зависисти МС от магнитного поля существенно отличается для мость R(T ).

каждой группы. Общим для МС всех трех групп являетИзменение характера зависимости R(T ) от образся наличие отрицательного МС (ОМС) во всей области ца № 1 к образцу № 3 при изменении температуисследованных магнитных полей -1.2 B 1.2T. Приры отжига отражает процесс повышения структурного чем для всех образов ОМС увеличивается с уменьшенисовершенства перколяционных каналов для транспорта заряда, которые состоят из кластеров кобальта, имею- ем температуры и имеет похожее поведение в магнитном поле. Поэтому на рис. 8 показана типичная магнищих хорошо выраженное кристаллическое строение, и соединяющих их промежуточных участков, характеризу- тополевая зависимость при разных температурах только ющихся значительной степенью разупорядоченности и, для образцов первой группы. Разные группы образцов возможно, включающих фазу углерода. показывают различные МС только в слабом магнитном Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. Получение и электрофизические свойства кобальтосодержащих углеродных волокон поле, когда положительное МС (ПМС) наблюдается во всех группах волокон (рис. 9). Для образца № (рис. 9, a) ПМС имеет место только при температуре 2 K в слабом магнитном поле, а при более высоких температурах обнаруживается лишь компонента ОМС.

Кривые МС характеризуются отсутствием гистерезиса, т. е. они не проявляют зависимости от предыстории и направления сканирования магнитного поля.

Рис. 8. Типичная магнитополевая зависимость магнитосопротивления волокон первой группы при разных температурах.

T, K: 1 - 2.2, 2 Ч 10, 3 Ч 50, 4 Ч 100.

Образец № 2, для которого характерно наличие минимума на кривой температурной зависимости сопротивления, проявляет также необычное поведение МС. Этот образец обладает ПМС в области низких температур при отсутствии гистерезиса, так же как и образцы первой группы. При повышении температуры ПМС исчезает, но в отличие от образца № 1 появляется опять при температуре выше 50 K (рис. 9, b). Видно, что локальный минимум на кривой МС при этой температуре смещен Рис. 9. Магнитосопротивление в слабом поле при разных относительно B = 0 и расположен около B = 0.07 T при температурах для волокон первой (a), второй (b) и третьей (c) изменении величины магнитного поля от 1.2 T в сторону групп. Кривые 1Ц4 получены при тех же температурах, что и отрицательных значений. Изменение магнитного поля в на рис. 8.

противоположном направлении вызывает симметричное смещение локального минимума в область положительных магнитных полей.

4. Обсуждение результатов ПМС для образцов третьей группы наблюдается во всем температурном интервале 2 T 100 K Очевидно, что различия в намагниченности темпера(рис. 9, c). Однако магнитополевая зависимость МС турной зависимости сопротивления и МС для образцов существенно изменяется в области слабых магнитных трех исследованных групп непосредственно связаны с полей: четко выраженный и смещеннный относительно содержанием кобальта в волокнах CoxC1-x и степенью B = 0 локальный минимум при высоких температурах коагуляции кластеров кобальта в углеродной матрице.

размывается при понижении температуры и проявляется Образцы первой группы, имеющие низкое содержание в виде плато на кривых R(B) при низких температурах (кривые 3, 4 и 1, 2 на рис. 9, c соответственно). Направ- кобальта, находятся на диэлектрической стороне пеление смещения локального минимума на кривых МС рехода металЦдиэлектрик и имеют логарифмическую зависит от предыстории, что приводит к наличию гисте- температурную зависимость сопротивления. Эта завирезисных явлений в МС образцов этой группы (рис. 10). симость предсказана для двумерных (2D) разупорядо6 Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 1620 И.А. Башмаков, В.А. Доросинец, М.Г. Лукашевич, А.А. Мазаник, Т.Ф. Тихонова, Д.А. Скрипка и спин-зависимое рассеяние электронов на магнитных кластерах, т. е. ГМС. Однако, поскольку проводимость углеродной матрицы мала и имеет неметаллический характер, можно предположить, что данная компонента не является доминирующей для образцов этой группы.

Для образцов второй группы содержание кобальта составляет x = 0.185-0.198. Температурная зависимость сопротивления образцов этой группы типична для металлической проводимости при высоких температурах, а при T < 45 K (кривая 2 на рис. 7) наблюдаются процессы слабой локализации с логарифмической температурной зависимостью. Как следствие при низких температурах в слабом магнитном поле проявляется ПМС из-за наличия спин-орбитального рассеяния.

Положительная компонента МС уменьшается и исчезает с увеличением температуры, так же как и в образцах первой группы, однако в противоположность последним она вновь появляется при T > 45 K как смещенный относительно B = 0 максимум, отражая преобладание Рис. 10. Петля гистерезиса магниторезистивного эффекта для металлического типа проводимости при температурном образца третьей группы при T = 4.2K.

подавлении процессов слабой локализации.

Содержание кобальта в образцах третьей группы находится в пределах от 0.251 до 0.60, что превышает ченных систем [10,11] и не характерна для трехмерных порог протекания для трехмерных систем и приводит (3D) систем, к числу которых относятся изучаемые нами к образованию сплошных металлических перколяционволокна Cox C1-x. Причина такого поведения R(T ) до ных путей в результате слияния отдельных кластеров сих пор не ясна. Логарифмическая зависимость R(T ) кобальта. Металлический характер проводимости этих наблюдалась ранее для 3D-пленок гранулярных металобразцов проявляется в положительном температурном лов Cox (CoO)1-x [12], для которых было установлено, коэффициенте сопротивления и наличии остаточного что указанная зависимость R(T) имеет место только в сопротивления при низких температурах.

том случае, если отдельные кластеры разделены очень Как было отмечено выше, магнитополевые зависитонким слоем туннельно-прозрачного диэлектрика или мости МС для волокон CoxC1-x третьей группы имеют металлическими точечными контактами.

сложный характер вследствие наложения положительИзвестны два механизма, приводящие к логарифминой и отрицательной компонент. Анализ МС показывает, ческой зависимости R(T ) с отрицательным темперачто минимум положительной компоненты МС смещен к турным коэффициентом сопротивления в двумерных значению магнитного поля BS = 0.078-0.08 T относиразупорядоченных системах: слабая локализация [11] тельно B = 0, в то время как минимум отрицательной в результате интерференции волновых функций элеккомпоненты МС находится при B = 0 во всем диатронов и альтернативный эффект, основанный на купазоне температур. Поскольку направление смещения лоновском электрон-электронном взаимодействии [10].

положительной компоненты МС относительно B = Эти эффекты различаются поведением в магнитном определяется направлением сканирования магнитного поле. Магнитное поле разрушает слабую локализацию и поля (как видно из рис. 10), естественно связать ПМС приводит к ОМС, в то время как умеренное магнитное с остаточной намагниченностью бесконечного кластера поле не оказывает влияния на проявление эффекта кобальта, которая наблюдается для образцов данной электрон-электронного взаимодействия. Совокупность группы. Остаточная намагниченность характерна для экспериментальных результатов позволяет сделать заферромагнитных пленок и нитей, а ПМС в таких систеключение, что в волокнах CoxC1-x первой и второй мах является проявлением эффекта анизотропного МС групп при низких температурах реализуется механизм (АМС) [14Ц16]. Изменение формы кривых R(B) при слабой локализации. Действительно, спин-орбитальное понижении температуры в области локального минимувзаимодействие, подавляющее интерференцию волновых ма B = BS от ярко выраженного минимума до плато функций из-за поворота спина при рассеянии, ведет к антилокализации электронов и, следовательно, к знако- (рис. 9, c) связано с увеличением величины ОМС при переменному МС [13]. Поэтому наблюдение спин-орби- понижении температуры, в то время как величина ПМС слабо зависит от температуры. На кривых МС образтального рассеяния в волокнах Cox C1-x при низких температурах в эффектах ПМС и отклонение R(T ) от ца №3 плато при B = BS появляется при такой темпелогарифмической зависимости при самых низких темпе- ратуре, когда наклоны кривых R(B) для положительной ратурах служат дополнительным подтверждением меха- и отрицательной компонент МС становятся равными по низма слабой локализации. Вклад в ОМС может вносить величине.

Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. Получение и электрофизические свойства кобальтосодержащих углеродных волокон Существенной особенностью изучаемых волокон яв- осуществляется за счет обмена свободными электроляется наблюдение положительной компоненты МС в нами между кластерами. Слабая локализация при низмагнитном поле, перпендикулярном волокну. ПМС в ких температурах понижает интенсивность процесса гранулярных ферромагнитных пленках наблюдается обмена электронами, что должно ослаблять косвенное только в том случае, когда магнитное поле направле- магнитное обменное взаимодействие между кластерами но параллельно току, т. е. плоскости пленки. Логично кобальта, поэтому последние в волокнах Cox C1-x ведут предположить, что в исследуемых волокнах кластеры себя подобно массиву невзаимодействующих магнитных образовали пути протекания в виде трехмерной сети из кластеров. Подавление слабой локализации при высоких металлических каналов, сопротивление которых может температурах приводит к усилению обменного взаимосильно флуктуировать по объему волокна. В такой сети действия, и волокна проявляют коллективное ферромагпомимо основного направления тока вдоль волокна име- нитное поведение, а следовательно, и АМС.

Таким образом, введение кластеров кобальта в угются участки, на которых ток в большей или меньшей леродную матрицу путем ионообменной сорбции его степени направлен перпендикулярно оси волокна, т. е. по направлению магнитного поля. Такие участки трехмер- катионов в корбоксилированную целлюлозу с последующей термообработкой позволяет управлять процессами ной сети металлических путей протекания ответственны за положительную компоненту АМС в перпендикуляр- структурирования углерода, а также получать композитные углеродные материалы: a) проявляющие как ном волокну магнитном поле.

суперпарамагнитные, так и ферромагнитные свойства;

Остаточная намагниченность данных участков сети b) обладающие разными знаками температурного коэфобусловливает сдвиг минимума ПМС относительно B = 0. Поскольку остаточная намагниченность образо- фициента сопротивления и проводимостью от металла до диэлектрика; c) характеризующиеся широким спеквавшегося бесконечного кластера не вызывает смещения тром механизмов МС, что может найти применение в отрицательной компоненты МС, можно сделать вывод, устройствах магнитной записи, хранения и считывания что она не связана с АМС. Мы полагаем, что ОМС информации.

обусловлено спин-зависимым рассеянием электронов на кластерах кобальта, т. е. эффектом ГМС, хотя величиАвтор выражает благодарность Г. Миклицу (Кельнна эффекта для волокон CoxC1-x далеко не гигантский университет, ФРГ) за предоставление возможности ская, поскольку условия наблюдения эффекта (размер проведения низкотемпературных измерений.

магнитных кластеров и расстояние между ними) не оптимальным. Слабое проявление ГМС, так же как и Список литературы суперпозиция отрицательной и положительной компонент МС, наблюдалось ранее в гранулярных ферромаг[1] I.M.L. Billas, A. Chatelain, W.A. Heer. Science 265, 5172, нитных пленках с большим содержанием магнитной ком1682 (1994).

поненты [15]. Большие размеры магнитных кластеров и [2] J.Q. Xiao. Phys. Rev. Lett. 68, 25, 3220 (1992).

малая длина пробега в углеродной матрице приводят к [3] J.S. Helman, B. Abeles. Phys. Rev. Lett. 37, 21, 1429 (1976).

малости ОМС и отсутствию гистерезиса в исследован[4] A.E. Berkowitz, J.R. Mitchel, M.J. Carey, A.P. Young, ных нами волокнах Cox C1-x. Отметим также, что ОМС S. Zhang, F.E. Spada, F.T. Parker, A. Hutten, G. Thomas. Phys.

может быть обусловлено подавлением магнитным полем Rev. Lett. 68, 25, 3745 (1992).

слабой локализации, однако малость эффекта ОМС не [5] A. Naudon, D. Babonneay, D. Petroff, A. Vaures. Thin. Solid позволяет разделить вклады этих двух компонент.

Films 319, 1Ц2, 81 (1998).

Интересным представляется изменение механиз- [6] A. Santos, J.D. Ardisson, E.B. Tambourgi, W.A.A. Macedo.

ма ПМС для образцов второй группы при измене- J. Magn. Magn. Mater. 177Ц181, 1, 247 (1998).

Pages:     | 1 | 2 | 3 |    Книги по разным темам