Манганиты

Мангани́т, мангани́ты — вещества на основе марганца, представители класса окислов переходных металлов. Наибольший интерес представляют соединения типа $La_{1-x}A_{x}MnO_{3}$, где A — двухвалентный элемент (Ca, Ba, Sr, …). Концентрация x элемента A может меняться в широких пределах $o\leq x\leq 1$, при этом физические свойства манганитов резко меняются. Система переходит через цепочку фазовых переходов с разнообразными типами упорядочения: магнитного, структурного, электронного.

Манганиты исследуются уже более 50 лет и представляют большой интерес из-за открытия сравнительно недавно (1994 г.) колоссального магнетосопротивления. Этот эффект может служить основой технических приложений, он наблюдается в интервале концентраций x, где существует ферромагнитная металлическая фаза и состоит в том что электрическое сопротивление $\rho$ уменьшается при приложении магнитного поля. Величина эффекта $\delta \rho /\rho$ в полях порядка 1 Тл может достигать десятков процентов. Максимальный эффект возникает в окрестности температуры Кюри.

Например, соединение $LaMnO_{3}$ является антиферромагнитным диэлектриком с магнитной структурой типа A, при замещении лантана кальцием система становится ферромагнитным металлом, а при $x>0,5$ — снова антиферромагнитным диэлектриком с магнитной структурой типа G в конечном состоянии $CaMnO_{3}$ и типа C в промежуточной области концентраций. При повышении температуры ферромагнитная фаза меняется парамагнитной с резким падением проводимости. Поведение электросопротивления от температуры сильно зависит от концентрации допированного элемента (от степени легирования исходного соединения двухвалентным элементом). Появление металлического состояния при переходе через точку Кюри и сильное магнитосопротивление — явления, тесно связанные друг с другом, являются типичным свойством манганитов.

Появление металлической ферромагнитной фазы в манганитах было объяснено ещё в 1951 г. Зинером на основе предположения о сильном внутриатомном обмене между локализованным спином и делокализованным электроном. Благодаря этой связи спин электрона выстраивается параллельно спину иона. И электрон, таким образом, способен передвигаться от узла к узлу решётки, понижая полную энергию системы. В этом случае ферромагнитное состояние возникает не из-за обменного взаимодействия ионов, а из-за кинетического эффекта. Этот механизм назвали двойным обменом:

Mn → O → Mn (двойной переход электрона через промежуточный ион кислорода).

Благодаря этому эффекту манганиты можно включить в так называемый класс сильно коррелированных электронных систем.

Применение

Применение манганитов как веществ с колоссальным магнитосопротивлением может быть в новой развивающейся ветви электроники — спинтронике.

Литература

1. Изюмов Ю. А., Скрябин Ю. Н. Модель двойного обмена и уникальные свойства манганитов // Успехи физических наук, 2001, № 2, с. 121—148;
2. Каган М. Ю., Кугель К. И. Неоднородные зарядовые состояния и фазовое расслоение в манганитах // Успехи физических наук, 2001, № 6, с. 577—596;
3. Воронов В. К., Подоплелов А. В. Современная физика: Учебное пособие. — М.: КомКнига, 2005. — 512 с. ISBN 5-484-00058-0, гл. 3 Конденсированные среды, п. 3.7 Физические свойства манганитов, с. 133—138.