Дефектность структуры, фазовые переходы и свойства магниторезистивной керамики и пленки La₀,₆₆Mn₁,₂₃V(c) ₀,₁₁O²⁻₂,₈₄V(a)₀,₁₆

Abstract

В результате рентгеноструктурных, резистивных, ЯМР и магниторезистивных исследований керамических и тонкопленочных лазерных перовскитов La₀,₇Mn₁,₃O₃ с «избыточным» марганцем установлено, что их реальная структура содержит разновалентные ионы марганца, катионные, анионные вакансии и кластеры, магнетизм и резистивность последних проявлялись вблизи 42 К. Широкие асимметричные спектры ЯМР ⁵⁵Mn и ¹³⁹La керамики свидетельствуют о высокочастотном электронно-дырочном обмене между разновалентными ионами марганца, о высокой дефектности и мезоскопической неоднородности нестехиометрических манганит-лантановых перовскитов. Различия температур фазовых переходов металл—полупроводник и энергии активации керамики и пленок объяснены различной кислородной нестехиометрией, дефектностью структуры и, соответственно, концентрацией носителей заряда и экситонов. Низкополевой магниторезистивный эффект керамики объяснен туннелированием на межзеренных границах. Сделано предположение, что уменьшение сопротивления в магнитном поле обусловлено увеличением концентрации носителей заряда за счет ослабления электронно-дырочного взаимодействия в экситонах. Обнаруженная аномалия сопротивления и магниторезистивного эффекта вблизи 42 К объяснена наличием кластеров.

В результаті рентгеноструктурних, резистивних, ЯМР та магнiторезистивних досліджень керамічних і тонкоплiвочних лазерних перовскитiв La₀,₇Mn₁,₃O₃ із «надлишковим» марганцем встановлено, що їхня реальна структура містить рiзновалентнi іони марганцю, катіонні, аніонні вакансії й кластери, магнетизм та резистивнiсть останніх проявилися поблизу 42 К. Широкі асиметричн і спектри ЯМР ⁵⁵Mn и ¹³⁹La кераміки свідчать про високочастотний електронно-дiрковий обмін між рiзновалентними іонами марганцю, про високу дефектність і мезоскопiчну неоднорідність нестехіометричних манганіт-лантанових перовскитiв. Розходження температур фазових переходів метал—напівпровідник та енергії активації кераміки й плівок пояснено різною кисневою нестехіометрією, дефектністю структури та, відповідно, концентрацією носіїв заряду і екситонiв. Низькопольовий магнiторезистивний ефект кераміки пояснений тунелюванням на мiжзеренних межах. Зроблено припущення, що зменшення опору в магнітному полі обумовлено збільшенням концентрац ії носіїв заряду за рахунок ослаблення електронно-дiркової взаємодії у екситонах. Виявлена аномалія опору і магнiторезистивного ефекту поблизу 42 К пояснена наявністю кластерів.

The x-ray, resistive, NMR and magnetoresistive investigations have established that the real structure of ceramic and laser thin-film perovskites La₀,₇Mn₁,₃O₃ with «excess» manganese contains the manganese ions of different valency, cation and anion vacancies and clusters, the magnetism and resistance of the latter developing near 42 K. The broad asymmetric⁵⁵Mn and ¹³⁹La NMR spectra of the ceramics are indicative of a high-frequency electron-hole exchange between the ions of manganese with different valencies, of a high content of defects and a mesoscopic inhomogeneity of the nonstoichiometric La0.7Mn1.3O3 perovskites. The differences in the «metal-semiconductor» phase transition temperatures and activation energies of the ceramic and film samples are explained by the differences in the oxygen nonstoichiometry, the structure defects and, hence, charge carrier and exciton concentration. The low-field magnetoresistance effect of the ceramics is accounted for by the tunneling at the intergrain boundaries. It is assumed that the reduction of resistance in magnetic field is due to the increase in charge carrier concentration at the expense of the weakening of the electron-hole interaction in the excitons. The observed anomaly of the resistance and magnetoresistance effect near 42 K is attributed to the presence of clusters.