

Исследование электрофизических и магнитных свойств дираковского 3D полуметалла Cd3As2 с наногранулами MnAs
https://doi.org/10.26896/1028-6861-2023-89-11-52-59
Аннотация
В работе представлены результаты исследования электро- и магнетосопротивления композитного материала, состоящего из 70 % мол. дираковского полуметалла Cd3As2 и 30 % мол. ферромагнетика MnAs, при давлениях до 50 ГПа, а также намагниченности при гидростатических давлениях до 6 ГПа в режиме комнатных температур и в интервале 180 – 350 К при атмосферном давлении. В качестве среды, передающей давление, использовали смесь метанола с этанолом в соотношении 4:1. Элементный анализ композитов Cd3As2 + 30 % мол. MnAs показал, что большая часть объема составляет фаза Cd3As2, доля включений фазы MnAs — менее 5 %. Присутствует также значительная область несмешивания расплавов фаз Cd3As2 и MnAs. Установлено, что при увеличении давления во всей исследованной барической области наблюдается отрицательное магнетосопротивление материала (максимум — при 22 – 26 ГПа). При дальнейшем росте давления до максимального уровня на кривой появляются несколько экстремумов, при этом отрицательное магнетосопротивление не превышает 4 %. В режиме сброса давления от 50 ГПа отрицательное магнетосопротивление сменяется положительным (при 40 ГПа), и в районе 20 ГПа наблюдается максимальное значение положительного магнетосопротивления (~5,3 %). Выявлены признаки нестабильности моноклинной структуры Cd3As2 в результате ее частичного разложения при декомпрессии. Полученные результаты могут быть использованы в спинтронике при применении соответствующих композитных материалов.
Об авторах
Л. А. СайпулаеваРоссия
Луиза Абдурахмановна Сайпулаева
367015, г. Махачкала, ул. М. Ярагского, д. 94
Н. В. Мельникова
Россия
Нина Владимировна Мельникова
620002, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, д. 48
М. М. Гаджиалиев
Россия
Магомед Магомедович Гаджиалиев
367015, г. Махачкала, ул. М. Ярагского, д. 94
А. В. Тебеньков
Россия
Александр Владимирович Тебеньков
620002, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, д. 48
А. Н. Бабушкин
Россия
Алексей Николаевич Бабушкин
620002, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, д. 48
В. С. Захвалинский
Россия
Василий Сергеевич Захвалинский
308015, г. Белгород, ул. Победы, д. 85
М. Х. А. Аль-Онаизан
Россия
Мохаммад Хассан Али Аль-Онаизан
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., д. 4
А. И. Риль
Россия
Алексей Игоревич Риль
119991, Москва, Ленинский пр., д. 31
Список литературы
1. Wang Z., Weng H., Wu Q., et al. Three-dimensional Dirac semimetal and quantum transport in Cd3As2 / Phys. Rev. 2013. Vol. 88. N 12. P. 125427. DOI: 10.1103/PhysRevB.88.125427
2. Borisenko S., Gibson Q., Evtushinsky D., et al. Experimental realization of a three-dimensional Dirac semimetal / Phys. Rev. Lett. 2014. Vol. 113. N 2. P. 027603. DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.027603
3. Feng J., Pang Y., Wu D., et al. Large linear magnetoresistance in Dirac semimetal Cd3As2 with Fermi surfaces close to the Dirac points / Phys. Rev. 2015. Vol. 92. N 8. P. 081306. DOI: 10.1103/PhysRevB.92.081306
4. He L., Jia Y., Zhang S., et al. Pressure-induced superconductivity in the three-dimensional topological Dirac semimetal Cd3As2 / Quantum Mater. 2016. Vol. 1. N 1. P. 1 – 5. DOI: 10.1038/npjquantmats.2016.14
5. Zhang S., Wu Q., Schoop L., et al. Breakdown of three-dimensional Dirac semimetal state in pressurized Cd3As2 / Phys. Rev. 2015. Vol. 91. N 16. P. 165133. DOI: 10.1103/PhysRevB.91.165133
6. Arushanov E. K. II3V2 compounds and alloys / Crystal Growth and Charact. 1992. Vol. 25. N 3. P. 131 – 201. DOI: 10.1016/0960-8974(92)90030-T
7. Lu H., Zhang X., Bian Y., Jia S. Topological phase transition in single crystals of (Cd1 – xZnx)3As2 / Sci. Rep. 2017. Vol. 7. N 1. P. 3148. DOI: 10.1038/s41598-017-03559-2
8. Cisowski J. Semimagnetic semiconductors based on II – V compounds / Phys. Stat. Sol. 1997. Vol. 200. N 2. P. 311 – 350.
9. Baibich M., Broto J., Fert A., et al. Giant magnetoresistance of (001) Fe/(001) Cr magnetic superlattices / Phys. Rev. Lett. 1988. Vol. 61. N 21. P. 2472. DOI: 10.1103/PhysRevLett.61.2472
10. Ril A. I., Marenkin S. F. Cadmium Arsenides: Structure, Synthesis of Bulk and Film Crystals, Magnetic and Electrical Properties (Review) / Russ. J. Inorg. Chem. 2021. Vol. 66. N 14. P. 2005. DOI: 10.1134/S0036023621140059
11. Грибанов И., Завадский А., Сиваченко А. Низкотемпературные магнитные превращения в орторомбическом арсениде марганца / ФТН. 1979. Т. 5. ¹ 10. С. 1219.
12. Spezzani C., Ferrari E., Allaria E., et al. Magnetization and microstructure dynamics in Fe/MnAs/GaAs (001): Fe magnetization reversal by a femtosecond laser pulse / Phys. Rev. Lett. 2014. Vol. 113. N 24. P. 247202. DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.247202
13. Hubmann J., Bauer B., Körner H., et al. Epitaxial growth of room-temperature ferromagnetic MnAs segments on GaAs nanowires via sequential crystallization / Nano Let. 2016. Vol. 16. N 2. P. 900. DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b03658
14. Новоторцев В. М., Маренкин С. Ф., Федорченко И. В., Кочура А. В. Физико-химические основы синтеза новых ферромагнетиков из халькопиритов AIIBIVCV2 / Журнал неорганической химии. 2010. Т. 55. № 11. С. 1868 – 1880. DOI: 10.1134/S0036023610110136
15. Сайпулаева Л. А., Гаджиалиев М. М., Алибеков А. Г. и др. Влияние гидростатического давления до 9 ГПа на гальваномагнитные свойства сплава системы Cd3As2-MnAs (20 % мол.) в поперечном магнитном поле / Неорганические материалы. 2019. Т. 55. № 9. C. 927 – 932. DOI: 10.21779/2542-0321-2019-34-3-30-36
16. Алибеков А. Г., Моллаев А. Ю., Сайпуллаева Л. А. и др. Эффект холла, электро- и магнетосопротивление в композите Cd3As2 + MnAs (30 %) при высоком давлении / Журнал неорганической химии. 2017. Т. 62. № 1. С. 87 – 91. DOI: 10.7868/S0044457X17010032
17. Алибеков А. Г., Моллаев А. Ю., Сайпуллаева Л. А. и др. Магнитотранспортные явления в гранулированных структурах Cd3As2 + MnAs при высоком давлении / Неорганические материалы. 2016. Т. 52. № 4. С. 402 – 405. DOI: 10.7868/S0002337X16040011
18. Сайпулаева Л. А., Гаджиалиев М. М., Алибеков А. Г. и др. Влияние высокого давления на электрические и гальваномагнитные свойства композита Cd3As2 + 20 % mol. MnAs / Физика твердого тела. 2020. Т. 62. Вып. 6. С. 834 – 838. DOI: 10.21883/FTT.2020.06.49333.32M
19. Мельникова Н. В., Тебеньков А. В., Суханова Г. В. и др. Термоэлектрические свойства ферромагнитного полупроводника на основе дираковского полуметалла Cd3As2 при высоком давлении / Физика твердого тела. 2018. Т. 60. Вып. 3. С. 490 – 494. DOI: 10.1134/S1063783418030174
20. Риль А. И., Кочура А. В., Маренкин С. Ф. и др. Микроструктура кристаллов системы Cd3As2 – MnAs / Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: техника и технологии. 2017. Т. 7. № 2. С. 120 – 134.
21. Vereshchagin L. F., Yakovlev E. N., Vinogradov B. V., et al. Megabar pressure between anvils / High Temp. — High Press. 1974. Vol. 6. N 5. P. 499 – 504.
22. Babushkin A. N., Pilipenko G. I., Gavrilov F. F. The electrical conductivity and thermal electromotive force of lithium hydride and lithium deuteride at 20 – 50 GPa / J. Phys. Condens. Matter. 1993. Vol. 5. N 46. P. 8659. DOI: 10.1088/0953-8984/5/46/005
23. Babushkin A. N. Electrical conductivity and thermal EMF of CsI at high pressures / High Press. Res. 1991. Vol. 6. N 6. P. 349 – 356. DOI: 10.1080/08957959208201042
24. Khvostantsev L. G., Slesarev V. N., Brazhkin V. V. Toroid type high-pressure device: history and prospects / High Press. Res. 2004. Vol. 24. N 3. P. 371 – 383. DOI: 10.1080/08957950412331298761
25. Mollaev A. Y., Saypulaeva L. A., Arslanov R. K., et al. Electrophysical Properties of ZnAs2 and CdAs2 at Hydrostatic Pressure up to 9 GPa / High Press. Res. 2002. Vol. 22. N 1. P. 181 – 184. DOI: 10.1080/08957950211335
26. Arslanov T., Kilanski L., López-Moreno S., et al. Changes in the magnetization hysteresis direction and structure-driven magnetoresistance of a chalcopyrite-based magnetic semiconductor / J. Phys. D. Appl. Phys. 2016. Vol. 49. N 12. P. 125007. DOI: 10.1088/0022-3727/49/12/125007
27. Сайпулаева Л. А., Пирмагомедов З. Ш., Гаджиалиев М. М. и др. Спин-поляризованный электрический ток в нанокомпозите Cd48,6Mn11,4As40 / Физика твердого тела. 2021. Т. 63. Вып. 4. С. 427 – 433.
28. Самохвалов А. А., Евстигнеева С. А., Морченко А. Т. и др. Определение малых величин магнитострикции в аморфных микропроводах с произвольным типом магнитной анизотропии / Завод. лаб. Диагност. мат. 2022. Т. 88. ¹ 1(I). С. 62 – 68.
29. Menyuk N., Kafalas J., Dwight K., Goodenough J. Effects of pressure on the magnetic properties of MnAs / Phys. Rev. 1969. Vol. 177. N 2. P. 942. DOI: 10.1103/PhysRev.177.942
30. Andresen A., Fjellvåg H., Lebech B. Neutron diffraction investigation of MnAs under high pressure / Magn. Mater. 1984. Vol. 43. N 2. P. 158 – 160. DOI: 10.1016/0304-8853(84)90093-3
31. Mattoso N., Eddrief M., Varalda J., et al. Enhancement of critical temperature and phases coexistence mediated by strain in MnAs epilayers grown on GaAs (111) B / Phys. Rev. 2004. Vol. 70. N 11. P. 115324. DOI: 10.1103/PhysRevB.70.115324
32. Kochura A. V., Marenkin S. F., Ril A. I., et al. Growth and Characterization of Cd3As2 + MnAs Composite / J. Nano-Electron. Phys. 2015. Vol. 7. N 4. P. 4079.
33. Liu Y., Tiwari R., Narayan A., et al. Cr doping induced negative transverse magnetoresistance in Cd3As2 thin films / Phys. Rev. 2018. Vol. 97. N 8. P. 085303. DOI: 10.1103/PhysRevB.97.085303
Рецензия
Для цитирования:
Сайпулаева Л.А., Мельникова Н.В., Гаджиалиев М.М., Тебеньков А.В., Бабушкин А.Н., Захвалинский В.С., Аль-Онаизан М., Риль А.И. Исследование электрофизических и магнитных свойств дираковского 3D полуметалла Cd3As2 с наногранулами MnAs. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023;89(11):52-59. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2023-89-11-52-59
For citation:
Saypulaeva L.A., Melnikova N.V., Gadzhialiev M.M., Tebenkov A.V., Babushkin A.N., Zakhvalinskii V.S., Al-Onaizan M., Ril A.I. Study of the electrophysical and magnetic properties of a Dirac 3D semimetal Cd3As2 with nanogranules of MnAs. Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2023;89(11):52-59. (In Russ.) https://doi.org/10.26896/1028-6861-2023-89-11-52-59