Резистивные и магниторезистивные свойства прессованных порошков CrO₂ с различными типами межгранульных диэлектрических прослоек

Abstract

Исследованы резистивные, магниторезистивные и магнитные свойства четырех видов прессованных порошков CrO₂, синтезированных гидротермальным методом из хромового ангидрида. Предложенный новый метод синтеза позволяет регулировать толщины диэлектрических оболочек. Порошки состояли из округленных частиц (со средним диаметром ≈ 120 нм) или игловидных кристаллов (диаметром ≈ 22,9 нм и длиной 302 нм). Все частицы имели поверхностную диэлектрическую оболочку различной толщины и вида (например, оксигидроксид β-CrOOH или оксид хрома Cr₂O₃). Изучено влияние свойств и толщины межгранульных диэлектрических прослоек, а также формы частиц CrO₂ на величину туннельного сопротивления и магнитосопротивления (МС) прессованных порошков. Для всех исследованных образцов при низких температурах обнаружены неметаллический температурный ход сопротивления и гигантское отрицательное МС. Максимальные величины МС при T ≈ 5 К составляли приблизительно 37% в относительно малых полях (0,5 Тл). С повышением температуры МС быстро уменьшалось (до ≈ 1% в поле 1 Тл при T ≈ 200 К). При низких температурах в порошках с игольчатыми частицами обнаружен новый вид гистерезиса МС и немонотонная зависимость МС при повышении магнитного поля. Обнаружены немонотонная температурная зависимость ( ) H T p , где H p — поле, при котором сопротивление в магнитном поле максимально, несоответствие по величине полей H p и коэрцитивной силы Hc , а также анизотропия МС в зависимости от взаимной ориентации транспортного тока и магнитного поля.

Досліджено резистивні, магніторезистивні та магнітні властивості чотирьох видів пресованих порошків CrO₂, які синтезовано гідротермальним методом з хромового ангідриду. Новий метод синтезу, який запропоновано, дозволяє регулювати товщину діелектричних оболонок. Порошки складалися із закруглених частинок (з середнім діаметром ≈ 120 нм) або голковидних кристалів (діаметром ≈ 22,9 нм і завдовжки 302 нм). Усі частинки мали поверхневу діелектричну оболонку різної товщини та виду (наприклад, оксигидроксид β-CrOOH або оксид хрому Cr₂O₃). Вивчено вплив властивостей та товщини міжгранульних діелектричних прошарків, а також форми частинок CrO₂ на величину тунельного опору та магнітоопору (МО) пресованих порошків. Для усіх досліджених зразків при низьких температурах виявлено неметалічний температурний хід опору та велетенський негативний МО. Максимальні величини МО при T ≈ 5 К складали приблизно 37% у відносно малих полях (0,5 Тл). З підвищенням температури МО швидко зменшувався (до ≈ 1% у полі 1 Тл при T ≈ 200 К). При низьких температурах в порошках з голчастими частинками виявлено новий вид гістерезису МО та немонотонну залежність МО при підвищенні магнітного поля. Виявлено немонотонну температурну залежність () H T p , де H p — поле, при якому опір в магнітному полі є максимальним, невідповідність за величиною полів H p та коерцитивної сили Hc , а також анізотропію МО залежно від взаємної орієнтації транспортного струму і магнітного поля.

Resistive, magnetoresistive and magnetic properties of four kinds of pressed powders of CrO₂, synthesized from chromic anhydride by the hydrothermal method were investigated. The new synthesis method allows the thickness of dielectric shells to be controlled. The powders consisted of particles (≈ 120 nm in dia.) or acicular crystals (≈ 22.9 nm in dia. and 302 nm in length). All the particles were covered with a surface dielectric shell of different thickness and types (e.g. β-CrOOH oxyhydroxide or chromium oxide Cr₂O₃). The influence of properties and thickness of intergranular dielectric layers as well as shapes of CrO₂ particles on tunnel resistance and magnetoresistance (MR) of the pressed powders was studied. It was found that at low temperatures all the samples studied displayed a nonmetallic temperature dependence of resistance and a giant negative MR. Maximum values of MR at T ≈ 5 K were ≈ 37% in rather low fields (0.5 T). As temperature was increased, MR decreased rapidly (down to ≈ 1% in field 1 T at T ≈ 200 K). At low temperatures the powders with acicular particles exhibited a new type of MR hysteresis and nonmonotonic dependence of MR with increasing magnetic field (a maximum). A nonmonotonic temperature dependence Hp(T), where Hp being a field in which the resistance is maximal, discrepancies in the values of Hp and coercive force Hc, and anisotropy of MR as a function of mutual orientation of transport current and magnetic field were observed.