Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

Для активно развивающихся в настоящий момент областей наноэлектроники и спинтроники требуются новые материалы, в которых можно задействовать не только заряд, но и спин электрона для создания спинового тока, использования направления спина в качестве единицы информации с последующей разработкой спиновых инжекторов или устройств с магнитными тунельными переходами, ячеек памяти [1, 2] и т.д. К таким материалам относится класс полуметаллических ферромагнетиков (ПМФ), в которых можно реализовать высокую поляризацию носителей заряда по спину. Главная особенность таких материалов – существование широкой энергетической щели в электронной зонной структуре для одной из спиновых подсистем [1]. В работе [3] был экспериментально определен коэффициент спиновой поляризации P = 0,93 для пленок Co2MnSi при комнатной температуре. Данное соединение относится к сплавам Гейслера – тройным соединениям типа X2YZ, где X и Y – переходные металлы, а Z – s- или p-элемент главной группы Периодической таблицы Менделеева, сформированным в структуре L21 [1]. Положение и ширина щели может варьироваться достаточно сильно в различных ПМФ. Эти параметры можно изменить варьированием 3d-, s- или p-элементов в сплавах Гейслера X2YZ, изменяя тем самым и их электронные и магнитные свойства. Особенности полуметаллического ферромагнетизма наблюдали в сплавах Гейслера на основе Co [4–6]. Одними из ярких представителей ПМФ с относительно высокими значениями температур Кюри TC из данных по теоретическим расчетам являются Co2VSi [7] и Co2MnSi [8]. Поскольку получение новой информации об их электронных и магнитных характеристиках представляет интерес, отсутствуют данные об эффекте Холла в этих сплавах, то целью данной работы стало экспериментальное исследование магнитных и гальваномагнитных свойств полуметаллических ферромагнитных сплавов Гейслера Co2VSi и Co2MnSi.

Материалы и методы исследования

Поликристаллические сплавы Co2VSi и Co2MnSi были приготовлены в индукционной печи в атмосфере очищенного аргона. Затем Co2VSi отжигался при 1100 °C в течение 3 дней с последующей закалкой, а Co2MnSi отжигался при 800 °С в течение 9 дней с последующим охлаждением до комнатной температуры. Элементный анализ проводили с использованием сканирующего электронного микроскопа, оснащенного приставкой рентгеновского микроанализа EDAX. Выявлено, что отклонение от среднего стехиометрического состава во всех образцах незначительно (не более 3 %), но в сплаве Co2VSi выделяется вторая фаза Co4V3Si3. Структурный анализ проводился в Центре коллективного пользования ИФМ УрО РАН. Полевые зависимости сопротивления Холла были выполнены при Т = 4,2 К в магнитных полях до 100 kOe по стандартной методике, которая подробно описана в работе [9]. Полевые зависимости намагниченности были измерены при T = 4,2 K и 300 К в магнитных полях до 70 kOe.

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты измерений кривых намагничивания при Н ≤ 70 kOe, Т = 4,2 K и Т = 300 K в сплавах Гейслера Co2VSi и Co2MnSi приведены на рис. 1 и 2. Как видно, полевые зависимости намагниченности М(Н) всех образцов при Н ≥ 10 kOe приближаются к насыщению (кроме зависимости M(H) при Т = 300 К для Co2VSi). В этой области магнитных полей практически заканчивается процесс технического намагничивания и образцы переходят в однодоменное состояние. В случае зонной природы магнетизма рассматриваемых сплавов намагниченность здесь будет определяться в основном перестройкой электронной зонной структуры в магнитном поле [6]. В табл. 1 представлены значения намагниченности насыщения при температурах 4,2 К и 300 К.

Рис. 1. Полевые зависимости намагниченности сплавов Гейслера Co2VSi и Co2MnSi при T = 4,2 K

Рис. 2. Полевые зависимости намагниченности сплавов Гейслера Co2VSi и Co2MnSi при T = 300 K

Намагниченность насыщения сплава Co2MnSi близка к значению, полученному для соединения в работе [10] MS = 4,96 μB/f.u. Отклонения от значения можно объяснить тем, что в данной работе исследуются поликристаллические образцы, а в работе [10] исследовался монокристалл. В случае сплава Co2VSi, наблюдаются значительные отклонения от теоретического значения намагниченности насыщения [11] MS = 2,97 μB. В работе [12] говорится, что в сплаве, близком к стехиометрическому Co2VSi, Co63.5V17.0Si19.5 при температурах отжига выше 800 °С происходит переход структуры из L21 в A12. Поэтому можно предположить, что низкие значения намагниченности связаны с наличием второй фазы Co4V3Si3.

Для получения информации о носителях тока в сплавах Co2VSi и Co2MnSi был исследован эффект Холла. Поэтому при Т = 4,2 К и Н ≤ 100 kOe были измерены полевые зависимости холловского сопротивления ρ_Н(Н) (рис. 3). Видно, что общий вид зависимостей ρ_Н(Н) аналогичен зависимостям кривых намагничивания М(Н), представленным на рис. 1: наблюдаются два интервала магнитных полей до и после 10 kOe.

Поскольку при низких температурах сплавы находятся в ферромагнитном состоянии, то в них должен наблюдаться как нормальный, так и аномальный эффект Холла. Для разделения составляющих коэффициента Холла была использована следующая формула [9]:

(1)

где ρ_Н – сопротивление Холла, M – намагниченность, H – напряженность магнитного поля, R0 и RS – коэффициенты нормального и аномального эффекта Холла, соответственно. На рис. 4 представлены зависимости ρ_Н/H = f(M/H), из которых определены коэффициенты R₀ и R_S.

Таблица 1

Намагниченности насыщения MS сплавов Гейслера Co2VSi и Co2MnSi