Особенности температурных зависимостей колоссального и туннельного магнитосопротивления в пленках манганитов

Цели. Целью работы является экспериментальное и теоретическое исследование особенностей температурных зависимостей магнитосопротивления в наноструктурированных пленках легированных манганитов. В широком температурном диапазоне изучено поведение электросопротивления пленок манганитов состава La_0.67Ba_0.33MnO₃, выращенных методом лазерной абляции на различных диэлектрических подложках.

Методы. Для достижения поставленной цели методом лазерной абляции с использованием импульсного эксимерного были выращены эпитаксиальные пленки La_0.67Ba_0.33MnO₃ толщиной 80 нм на монокристаллических подложках SrTiO₃ и ZrO₂(Y₂O₃). Магнитосопротивление измерялось двухконтактным методом на постоянном токе в полях до 8 кЭ в плоскости образца и температурном интервале 80–350 К. Для достижения поставленной цели применялась эмпирическая модель магнитосопротивления в двух температурных областях: вблизи температуры магнитного фазового перехода и в области основного состояния.

Результаты. Построены эмпирические температурные зависимости магнитосопротивления для наноструктурированной пленки La_0.67Ba_0.33MnO₃, охватывающие как область температуры Кюри, так и область основного состояния. Показано, что в эпитаксиальной монокристаллической пленке La_0.67Ba_0.33MnO₃ магнитосопротивление имеет выраженный максимум вблизи температуры Кюри и пренебрежимо мало в других областях. В пленке La_0.67Ba_0.33MnO₃ с вариантной структурой имеется сильный низкотемпературный вклад в магнитосопротивление, связанный с изменением высокочастотной проводимости пленки во внешнем магнитном поле из-за процессов туннелирования спин-поляризованных электронов через границы структурных доменов. Предложена единая эмпирическая модель для описания различных механизмов магнитосопротивления в легированных манганитах.

Выводы. Впервые в рамках одной эмпирической модели проведено описание колоссального и туннельного магнитосопротивления для пленок легированных манганитов. Показано, что такая модель дает хорошее согласие экспериментальных и расчетных данных в пленке La_0.67Ba_0.33MnO₃ с вариантной структурой. Результаты моделирования хорошо согласуются с экспериментальными данными. Полученные данные могут способствовать пониманию механизмов магнитосопротивления и развитию теории магниторефрактивного эффекта для тонкопленочных манганитов, а также разработке новых подходов к управлению динамикой носителей заряда в сильно-коррелированных магнитных оксидах.

1. Ramirez A.P. Colossal magnetoresistance. J. Phys.: Condens. Matter. 1997;9(39):8171–8199. http://doi.org/10.1088/0953-8984/9/39/005

2. Granovsky А., SukhorukovYu., Gan’shina E., Telegin A. Magnetorefractive effect in magnetoresistive materials. In: Magnetophotonics: From Theory to Applications. Berlin Heidelberg: Springer; 2013. Р. 107–133. http://doi.org/10.1007/978-3-642-35509-7_5

3. Gan’shina E., Loshkareva N., Sukhorukov Yu., et al. Optical and magneto-optical spectroscopy of manganites. J. Magn. Magn. Mater. 2006;300(1):62–66. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2005.10.033

4. Горбенко О.Ю., Демин Р.В., Кауль А.Р., Королева Л.И. Магнитные, электрические и кристаллографические свойства тонких пленок La1−xSrxMnO3. Физика твердого тела (ФТТ). 1998;40(2):290–294.

5. Bebenin N.G. Lanthanum manganites near the Curie temperature. Phys. Metals Metallography. 2004;98(1):78–85.

6. Bebenin N.G., Loshkareva N.N., Makhnev A.A., et al. Optical and magneto-optical properties of ferromagnetic La1−xBaxMnO3 single crystals. J. Phys.: Condens. Matter. 2010;22(9):096003. https://doi.org/10.1088/0953-8984/22/9/096003

7. Sukhorukov Yu.P., Telegin A.V., Bessonov V.D., et al. Magnetorefractive effect in the La1−xKxMnO3 thin films grown by MOCVD. J. Magn. Magn. Mater. 2014;367:53–59. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2014.04.055

8. Telegin A., Sukhorukov Yu., Bessonov V. Optical response on the colossal magnetoresistance effect in manganites. J. Supercond. Nov. Magn. 2013;26(5):1437–1440. https://doi.org/10.1007/s10948-012-1867-8

9. Telegin A.V., Barsaume S., Bessonova V.A., et al. Magneto-optical response to tunnel magnetoresistance in manganite films with a variant structure. J. Magn. Magn. Mater. 2018;459:317–321. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2017.10.006

10. Кауль А.Р., Горбенко О.Ю., Каменев А.А. Роль гетероэпитаксии в разработке новых тонкопленочных функциональных материалов на основе оксидов. Успехи химии. 2004;73(9):932–939.

11. Юрасов А.Н., Телегин A.В., Сухоруков Ю.П. Модель магниторефрактивного эффекта в манганитах в рамках теории эффективной среды. Физика твердого тела (ФТТ). 2016;58(4):656–660.

12. Быков И.В., Ганьшина Е.А., Грановский А.Б., Гущин В.С., Козлов А.А., Масумото Т., Онума С. Магниторефрактивный эффект в гранулированных сплавах с туннельным магнитосопротивлением. Физика твердого тела (ФТТ). 2005;47(2):268–273.

13. Телегин А.В., Сухоруков Ю.П., Носов А.П., Бессонова В.А., Ганьшина Е.А. Магнитоотражение и магнитооптический эффект Керра в пленках La2/3Ba1/3MNO3 при комнатной температуре. Физика твердого тела (ФТТ). 2017;59(2):284–289. https://doi.org/10.21883/FTT.2017.02.44049.303

14. Нагаев Э.Л. Манганиты лантана и другие магнитные проводники с гигантским магнитосопротивлением. Успехи физ. наук (УФН). 1996;166(8):833–858. https://doi.org/10.3367/UFNr.0166.199608b.0833

15. Сухоруков Ю.П., Телегин А.В., Ганьшина Е.А., Локарева Н.Н., Кауль А.Р., Горбенко О.Ю., Мостовщикова Е.Н., Мельников О.В., Виноградов А.Н. Туннелирование спин-поляризованных носителей заряда в пленках La0.8Ag0.1MnO3+d с вариантной структурой: магнетотранспортные и магнетооптические данные. Письма в ЖТФ. 2005;31(11):78–87.

16. Бессонова В.А., Телегин А.В., Носов А.П., Сухоруков Ю.П. Особенности поглощения тонких пленок La0.69Ba0.31MnO3–d, полученных методом импульсного лазерного осаждения. Оптика и спектроскопия. 2022;130(9):1365–1371. https://doi.org/10.21883/OS.2022.09.53296.3223-22

17. Грановский А.Б., Сухоруков Ю.П., Телегин А.В., Бессонов В.Д., Ганьшина Е.А., Кауль А.Р., Корсаков И.Е., Горбенко О.Ю., Гонзалес Х. Гигантский магниторефрактивный эффект в пленках La0.7Ca0.3MnO3. Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2011;139(1):90–100.

18. Акимов Г.Я., Прилипко С.Ю., Ревенко Ю.Ф., Тимченко В.М. Особенности физических свойств нанокристаллических образцов (La0.65Sr0.35)0.8Mn1.2O3±Delta, полученных с использованием холодного изостатического прессования. Физика твердого тела (ФТТ). 2009;51(4):727–728.

19. Юрасов А.Н., Сайфулина Д.А., Бахвалова Т.Н. Магниторефрактивный эффект в металлических наноструктурах Co/Pt. Russian Technological Journal. 2024;12(2):57–66. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2024-12-2-57-66

20. Гладышев И.В. Отражение света от многослойных структур, включающих как когерентные, так и некогерентные слои. В сб.: Оптические технологии, материалы и системы (Оптотех 2024): Сборник докладов конференции. Москва: 2024. С. 520–525. https://www.elibrary.ru/otpmij

21. Гладышев И.В., Юрасов А.Н., Яшин М.М. Вклад интерференции в магнитооптический экваториальный эффект Керра в белом свете. Russian Technological Journal. 2024;12(6):59–68. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2024-12-6-59-68

22. Ганьшина Е.А., Гаршин В.В., Перова Н.Н., Припеченков И.М., Юрасов А.Н., Яшин М.М., Рыльков В.В., Грановский А.Б. Магнитооптическая керр-спектроскопия нанокомпозитов. Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2023;164(4):662–672. https://doi.org/10.31857/S0044451023100188