Механизмы электропроводности в аморфных тонкопленочных наногранулированных композитах (X)Ni − (1-X)pzt

З.Х. Граби, аспирант, С.А. Гриднев, М.А. Каширин, А.В. Калгин, докторант

Кафедра физики твердого тела

Данная работа посвящена установлению механизмов электропроводности в разных температурных интервалах в аморфных тонкопленочных наногранулированных композитах типа ферромагнетик-пьезоэлектрик (x)Ni – (1-x) [Pb_0,81Sr_0,04(Na_0,5Bi_0,5)_0,15] [(Zr_0,575Ti_0,425)]O₃ (далее (x)Ni − (1-x)PZT).

Композиты (x)Ni − (1-x)PZT, представляющие собой ферромагнитные наногранулы Ni, распределенные в объеме диэлектрической матрицы PZT, получали ионно-лучевым распылением на ситалловую подложку составной мишени в виде керамических пластин PZT на поверхности литой никелевой основы в атмосфере аргона при давлении 6,210^-4 Па. Образцы композитов имели одинаковую длину 10 мм и ширину 3 мм, в то время как их толщина увеличивалась в пределах 0,49 – 0,61 мкм с увеличением х в (x)Ni − (1-x)PZT от 0,15 до 0,37.

Температурные зависимости электропроводности на постоянном токе σ композитов с составами ниже порога перколяции, построенные в координатах «ln(σ/σ₀) – (1/T)^1/4» в интервале температур 77 – 188 К и «ln(σ/σ₀) – (1/T)^1/2» в интервале температур 188 – 287 К, представлены на рис. 1 и 2, соответственно.

Рис. 1. Зависимости ln(σ/σ0) от (1/T)1/4 для композитов (x)Ni − (1-x)PZT с различным х.	Рис. 1, б. Зависимости ln(σ/σ0) от (1/T)1/2 для композитов (x)Ni − (1-x)PZT с различным х.

Видно, что σ в интервале температур 77 – 188 К подчиняется «закону 1/4», а в интервале температур 188 – 287 К подчиняется «закону 1/2». Поэтому можно полагать, что до 188 К перенос заряда в композитах преимущественно осуществляется путем прыжковой проводимости электронов по локализованным состояниям в диэлектрической матрице PZT, а после 188 К – в основном неупругим резонансным туннелированием электронов между гранулами Ni. Сделаны оценки плотности состояний электронов на уровне Ферми и количества локализованных состояний в межгранульных прослойках.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ по гранту № 13-02-00663.

УДК 537.9

Определение порога перколяции в аморфных тонкопленочных нанокомпозитах (X)Ni − (1-X)pzt

З.Х. Граби, аспирант, С.А. Гриднев, М.А. Каширин, А.В. Калгин, докторант

Кафедра физики твердого тела

Композиты ферромагнетик-пьезоэлектрик являются привлекательными объектами для фундаментальных исследований и практических применений, так как под действием полей различной природы в них наблюдается механическая связь между ферромагнитными и пьезоэлектрическими подсистемами, то есть такие композиты обладают магнитоэлектрическими (МЭ) свойствами. Известно, что наибольшими величинами МЭ свойств обладают композиты доперколяционного состава. Поэтому при изучении МЭ свойств композитов ферромагнетик-пьезоэлектрик важно знать положение порога перколяции, что и служило целью настоящей работы.

В работе положение порога перколяции определялось в аморфных тонкопленочных наногранулированных композитах (x)Ni – (1-x)[Pb_0,81Sr_0,04(Na_0,5Bi_0,5)_0,15][(Zr_0,575Ti_0,425)]O₃ (далее (x)Ni − (1-x)PZT), где Ni – ферромагнетик, а PZT – пьезоэлектрик. Образцы композитов были изготовлены методом ионно-лучевого распыления и имели геометрические размеры 48 мм × 3 мм × d мкм для измерений удельного сопротивления на постоянном токе ρ и реальной компоненты магнитной проницаемости μ′ композитов в зависимости от х, а для измерений температурных зависимостей ρ композитов использовались образцы размерами 10 мм × 3 мм × d мкм. Толщина d изменялась от 0,03 до 0,61 мкм, когда содержание х в композите принимало значения от 0,02 до 0,59.

Определение порога перколяции по концентрационным зависимостям ρ и μ′ для композитов (x)Ni − (1-x)PZT показано на рис. 1.

Рис. 1. Зависимости ρ и μ′ от х для композитов (x)Ni − (1-x)PZT при комнатной температуре.	Рис. 2. Температурные зависимости ρ для композитов (x)Ni − (1-x)PZT с х = 0,33 (1) и х = 0,37 (2).

Как следует из рисунка, по мере приближения к порогу перколяции x_C = 0,35 величины ρ сильно уменьшаются, а величины μ′ сильно увеличиваются, свидетельствуя о том, что все большее число отдельных ферромагнитных наногранул в композитах (x)Ni − (1-x)PZT смыкаются с образованием отдельных кластеров гранул Ni в матрице PZT. При достижении x_C отдельные кластеры гранул Ni объединяются, и в матрице PZT формируется сплошная сетка кластеров. В случае х > x_C удельное сопротивление и магнитная проницаемость изменяются незначительно, так как ρ и μ′ композитов, главным образом, определяются магнитной составляющей последних. Найденный x_C находится в полном соответствии с результатами измерения ρ как функции температуры T (рис. 2), откуда можно видеть при х = 0,33 диэлектрический, а при х = 0,37 металлический типы проводимости композитов.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ по гранту № 13-02-00663.

УДК 621.59:621.643