magnetovaržinis reiškinys

magnetovaržnis reiškinỹs, kietojo kūno elektrinės varžos pokytis magnetiniame lauke. Magnetovaržinis reiškinys nusakomas magnetovarža – santykiniu tiriamos medžiagos bandinio elektrinės varžos R pokyčiu (∆R/R₀) išoriniame magnetiniame lauke. Magnetovaržinis reiškinys būdingas vienalyčiams laidininkams (metalams, puslaidininkiams), superlaidininkams, feromagnetikams (atsiranda anizotropinė ir milžiniškoji magnetovarža), t. p. specialiai sukurtiems įvairialyčiams sluoksniniams dariniams (gigantiškosios ir tunelinės magnetovaržos atsiradimas). Kai bandinio elektrinė varža magnetiniame lauke padidėja, magnetovaržos vertė teigiamoji, kai sumažėja – neigiamoji. Kai magnetinis laukas palyginti stiprus (H ~ 10⁶ A/m), metalų magnetovaržos vertė neviršija dešimtųjų procento dalių, o kai kurių puslaidininkių, t. p. pusmetalių, pvz., bismuto, ∆R/R₀ vertė gali būti 10–100 kartų didesnė. Toks varžos padidėjimas aiškinamas tuo, kad magnetinį lauką nukreipus statmenai srovės tekėjimo krypčiai bandinio krūvininkų trajektorijos iškreipiamos dėl Lorentzo jėgos poveikio, todėl padidėjus krūvininkų nueitam keliui sumažėja jų judris. Magnetovaržinis reiškinys superlaidininkuose vyksta, kai veikiančio magnetinio lauko stipris viršija tam tikrą kritinę vertę ir medžiaga iš superlaidumo būsenos pereina į normalią. Kai kurių perovskito kristalinės struktūros feromagnetinių mangano oksidų neįprastai didelis elektrinės varžos sumažėjimas nusakomas milžiniškąja magnetovarža (CMR – angl. Colossal Magnetoresistance). Ji išmatuojama šiuos junginius atšaldžius žemiau būdingosios Curie temperatūros (T_c = 100–350 K), t. y. jiems pereinant iš didelės varžos paramagnetinės būsenos į mažos varžos feromagnetinę būseną. Anizotropinė magnetovarža apibūdina plonųjų feromagnetinių (pvz., permalojaus) sluoksnių elektrinės varžos sumažėjimą (∆R/R₀ ~ 10 %), kai stiprų vidinį magnetinį lauką kuriantis išorinis magnetinis laukas yra palyginti silpnas (H ~ 10³ A/m). Tokių sluoksnių įmagnetėjimas ir jų magnetovarža priklauso nuo magnetinio lauko krypties ir yra didžiausi, kai išorinis magnetinis laukas lygiagretus su sluoksnio plokštuma. Gigantiškoji magnetovarža (GMR – angl. Giant Magnetoresistance) ∆R/R₀ ≤ 20 %, kai H ~ 10³ A/m, būdinga specialiems metališkiesiems daugiasluoksniams dariniams, kuriuose elektros srovė teka 1–5 nm storio normalių laidžiųjų metalų (vario Cu, aukso Au) sluoksniais, įterptais tarp feromagnetinių (geležies Fe, kobalto Co) sluoksnių. Tokių sluoksninių darinių, vadinamų sukininėmis sklendėmis, elektrinė varža didžiausia, kai gretimų feromagnetinių sluoksnių magnetiniai momentai nukreipti priešingomis kryptimis, mažiausia – kai jų kryptys sutampa. Tunelinė magnetovarža (TMR – angl. Tunnel Magnetoresistance) ∆R/R₀ ≤ 60 %, kai H = 10³ A/m, būdinga dariniui iš dviejų feromagnetinių sluoksnių, atskirtų mažesniu nei 2 nm storio dielektriniu tarpsluoksniu, kai srovė teka statmenai tarp feromagnetinių sluoksnių. Darinio elektrinė varža didžiausia, jei gretimų feromagnetinių sluoksnių magnetinių momentų kryptys skirtingos. Magnetovaržinis reiškinys naudojamas puslaidininkių elektronų energijos spektrui ir krūvininkų sklaidos mechanizmui tirti, magnetiniam laukui matuoti. Anizotropinės magnetovaržos reiškinys plačiai naudojamas įvairiems magnetinio lauko jutikliams gaminti. Taikant magnetovaržinį reiškinį magnetoelektronikos prietaisams gaminti ieškoma naujų medžiagų, kuriamos naujos sudėtingų sluoksninių darinių gaminimo technologijos. Lietuvoje Puslaidininkių fizikos institute (nuo 2010 Fizinių ir technologijos mokslų centras) gaminami ir tiriami manganitų plonieji sluoksniai ir dariniai, kuriems būdinga milžiniškoji magnetovarža, t. p. įvairūs dariniai, kuriems būdinga tunelinė magnetovarža.

1813