Anomalous Galvanomagnetic Effects due to Spontaneous Spin Polarization of Electrons in Crystal with Low Concentration of 3d-Transition Element Impurities

Abstract

The results of experimental observations at room temperature of anomalous Hall effect associated with existence of a spontaneous spin polarization of conduction electrons in mercury selenide crystals doped with chromium and vanadium in the concentration range from 1·1018 to 1·1019 sm-3 are reported. Comparison of the experimental data together with the previously reported results related to crystals with iron, cobalt and nickel impurities shows that the relative contribution to the anomalous Hall effect is maximal for vanadium impurity (≈ 13%) and minimal for iron impurity (≈ 5%). Also, transverse magnetoresistance with a characteristic dependence on the magnetic field strength, on which an unusual hysteresis in the field dependence was observed, was found in investigated crystals at room temperature. Theoretical interpretation of the observed effects is developed based on the concepts of thermodynamic nature of anomalous galvanomagnetic phenomena in electron systems with spontaneous spin polarization.

Наблюдение проявлений токов спонтанного намагничения в кристаллах HgSe с низкой концентрацией примесей 3d-переходного металла

“…При определенной концентрации донорных электронов, величина которой зависит от сорта 3d-переходного металла, появляется возможность реализации спонтанного спинового упорядочения электронов в гибридизированных состояниях [2]. Этот принципиальный теоретический результат получил прямое экспериментальное подтверждение в обнаружении аномального эффекта Холла (АЭХ) в кристаллах HgSe, легированных железом [3], а затем в образцах HgSe, содержащих другие 3d-примеси [4]. Перечисленные системы были определены нами как слабые магнетики ввиду малой ∼ (0.01−0.1) at.% концентрации магнитной примеси.…”

“…В заключение отметим, что характер аномальной магнитополевой зависимости разностного холловского тока для образцов HgSe : Со (рис. 3, b), как и ожидалось в силу (1) и (2), качественно соответствует полученной нами ранее в подобных системах зависимости холловского напряжения от магнитного поля [3,4]. Вместе с тем можно констатировать, что предложенный в настоящей работе дифференциальный метод тока Холла оказался более чувствительным к проявлению аномального вклада, чем холловское напряжение.…”