Магнитные и транспортные свойства композитов
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
ируя постановку задачи исследований, мы полагали, что если сегнетоэлектрическая фаза будет участвовать в формировании туннельных барьеров между гранулами манганита, то можно будет ожидать влияния на транспортные свойства композита внешнего статического электрического поля. Действительно, изменение направления электрической поляризации в сегнетоэлектрическом барьере (при изменении направления электрического поля) приводит к изменению эффективной высоты потенциального барьера в туннельном контакте. Следствием такого изменения, должно быть изменение транспортных свойств образца. Мы выполнили эксперимент по исследованию ВАХ композита при разных температурах в электрическом поле до 1 кВ/см, с изменением полярности электрического поля в отсутствие магнитного поля и в поле 5 kOe. Поскольку максимального эффекта следовало бы ожидать при низких температурах, мы провели исследования для максимально низких температур, достижимых на нашей установке на сегодняшний день. Заметного влияния электрического поля на транспортные свойства композитов нами обнаружено не было. Изменение ВАХ происходит только в магнитном поле, действие электрического поля не вносит изменений. Не исключено, что величина электрического поля, которую мы использовали, оказалась недостаточной для переориентации вектора электрической поляризации. Возможно, что влияние электрического поля может проявиться при более низких температурах, где туннельный механизм проводимости будет определяющим.
Следующий шаг по сравнительному исследованию чистого поликристалла и композита - резистивные свойства на переменном токе, в частотном диапазоне до 2 MHz. Не исключено, что наличие сегнетоэлектрической фазы в композите может оказать влияние на отклик образца при действии переменного тока. Как видно из рис. 3.11, сопротивление на переменном токе ведет себя таким же образом, как и в случае постоянного тока.
Никаких особенностей не наблюдается. Сдвига особенности при изменении частоты тока не наблюдается. Как и следовало ожидать, при увеличении частоты происходит уменьшение действительной части сопротивления. Как правило, сопротивление должно уменьшаться по закону типа:
(3.1)
Здесь - проводимость на постоянном токе, - константа, - частота тока, - показатель, зависящий от типа материала (диэлектрик, полупроводник, металл), его дефектности и т.д. Приведенный закон хорошо выполняется для широкого круга материалов. В настоящее время нет общепринятой микроскопической модели поясняющей поведение проводимости на переменном токе в соответствии с уравнением (3.1). Тем не менее, есть несколько теоретических подходов, в которых такое поведение () обосновывается для различного класса материалов [11,12]. Заметим, что в нашем случае наиболее сильно частотная зависимость сопротивления проявляется в области пика сопротивления, где, как считается, реализуется неоднородное магнитное и электронное состояние. Влияние магнитного поля на сопротивление проявляется так же, как и в случае постоянного тока.
Неожиданным оказался результат исследования проводимости на переменном токе для композита.
Видно, что если в области высоких температур зависимости не сильно зависят от частоты тока, то в при низких температурах зависимость весьма существенная. При этом, по мере увеличения частоты на зависимостях все отчетливее начинает проявляться пик, положение которого также зависит от частоты. Чем выше частота, тем больше особенность сдвигается в область высоких температур. По сути, для образца композита начинает проявляться пик, который мы наблюдали для поликристалла и который соответствует переходу металл-диэлектрик. Объяснить это можно следующим образом. Как мы указывали ранее, большая величина сопротивления композита связана с большой величиной туннельного вклада в сопротивление композита. Этот вклад определяется не внутренними свойствами материала манганита, а границами раздела между гранулами манганита, которые играют роль туннельных барьеров. Туннельное сопротивление на постоянном токе оказывается настолько большим, что на его фоне невозможно заметить пик, связанный с переходом металл-диэлектрик и который определяется главным образом внутренними свойствами материала манганита. Для переменного тока диэлектрические границы между гранулами можно рассматривать как некоторую эффективную емкость, сопротивление которой уменьшается по мере увеличении частоты переменного тока. Т.е., на высоких частотах туннельные переходы оказываются шунтированными и преобладающим оказывается вклад в проводимость, связанный с внутренними свойствами гранул манганита. Хотя, следует отметить, что при низких температурах сопротивление снова начинает быстро расти, свидетельствуя об усилении туннельного вклада в сопротивление. На этом же рисунке показано влияние магнитного поля, которое оказывается весьма слабым.
Необходимо подчеркнуть, что предлагаемый нами сценарий - лишь один из возможных. Помимо, механизма, связанного с туннелированием через потенциальные барьеры, можно рассматривать и другие, например, механизм, связанный с процессами перескока носителей заряда между локализованными состояниями. В данном случае будет наблюдаться подобный характер поведения проводимости, а наличие пика будет свидетельствовать о наличии релаксационного процесса. Чтобы попытаться прояснить происхождение особенности в поведении сопротивления на переменном токе, мы провели исследование комплексно