Feldinduzierte Inversion des magnetoresistiven Effekts in der Zintl‐Phase Eu_5+xMg_18−xSi₁₃ (x=2.2)

Abstract

Die Entdeckung des Riesenmagnetowiderstands (GMR-Effekt) [1] in magnetischen Mehrfachschichten hat zu einem rasanten technologischen Fortschritt bei metallischen spintronischen Bauelementen geführt, wie z. B. dem magnetoresistiven Direktzugriffspeicher (MRAM). Das Operationsprinzip basiert auf der Abhängigkeit des elektrischen Widerstands von der Anordnung der Spins in magnetischen Domänen des Materials. [2] Alle ferromagnetischen Metalle zeigen eine endliche, jedoch kleine ¾nderung des elektrischen Widerstands nach Anlegen eines Magnetfeldes. Der Magnetowiderstandswert bei einem bestimmten Magnetfeld H ist definiert als MR = [1(H)À1(0)]/1(0)] 100 % (1 = elektrischer Widerstand) und kann sowohl negative wie auch positive Werte annehmen. Steht der Widerstandsabfall in Zusammenhang mit kritischen ferromagnetischen Fluktuationen, wird dieses Phänomen als kolossaler Magnetowiderstand (CMR) bezeichnet. Dieser Effekt wurde zuerst für Manganperowskite SE 1Àx B x MnO 3 (SE = Seltenerdmetall; B = divalentes Kation) beobachtet. [3] Die Entdeckung des erhçhten MR-Effekts, in der Literatur oft auch als CMR-Effekt bezeichnet, für die ternäre Zintl-Phase [4] Eu 14 MnSb 11 hat zu verstärkten Untersuchungen dieser Verbindungsklasse geführt. [5] Bisher sind für Zintl-Phasen hohe MR-Werte nur bei niedrigen Temperaturen bekannt, und es wurde noch nicht über Vorzeichenänderung der Magnetoresistivität berichtet. Der MR-Effekt hängt mit der ferromagnetischen Ordnung der ungepaarten 4f-Elektronen der Seltenerdmetalle zusammen. Im Falle von Eu 2+ -Ionen wird ein hohes magnetisches Moment von 7.94 m B induziert. Hier berichten wir über die Synthese der neuen ternären Zintl-Phase Eu 5+x Mg 18Àx Si 13 (x = 2.2), [6] die einen ungewçhnlichen MR-Effekt zeigt. Man findet hier kein Maximum bei tiefen Temperaturen und keine Sättigung bis 6 T. Darüber hinaus tritt ein Vorzeichenwechsel des MR-Effekts als Funktion des Magnetfeldes und der Temperatur auf. Die Kristallstruktur von Eu 5+x Mg 18Àx Si 13 ist in der Abbildung 1 dargestellt. Tetrelverbindungen der Art M 5+x Mg 18Àx Tt 13 (M = Sr, Ba; Tt = Si, Ge), die in einem eigenen Strukturtyp kristallisieren, sind bereits seit einiger Zeit bekannt. [7] Die Struktur enthält in der Regel neben isolierten Si 4À -Zintl-Anionen planare Si 4 -Cluster, für die unterschiedliche Valenzelektronenzahlen gefunden wurden. [7, 8] Zudem kann das Tetrel-Zentrum des Tt 4 -Clusters durch ein Metall wie z. B. Li, Mg etc. ersetzt werden, ohne dass sich das geometrische Muster der Struktur verändert. Vor kurzem berichteten wir über die Synthese der Phase Eu 5+x Mg 18Àx Ge 13 (x = 0.1), die isostrukturell mit Sr 6.3 Mg 16.7 Si 13 und isopunktuell mit der Verbindung Eu 8 Mg 16 Ge 12 ist, bei der durch einen solchen Ersatz die Tt 4 -Einheit zu drei isolierten Tt 4À -Anionen zerfällt. [9] Dies deutet auf die beachtliche Flexibilität des Strukturtyps hin, die wir nun durch systematische Veränderungen der Zusammensetzung getestet und dabei spezielle elektronische Effekte untersucht haben. Die Verbindung kann nach dem Zintl-Kl...

Festkörperchemie 2013

“…Isolierte Si4—‐Ionen neben [Si4]10—‐Einheiten koexistieren in der metallischen Zintlphase Eu5‐xMg18‐xSi9Si4. Wie die Gruppe um Nesper berichtete,6 sorgen die planaren Si4‐Einheit für einen außergewöhnlichen Magnetwiderstand. In Eu5‐xMg18‐xSi9Si4 ist sein Maximum feld‐ und temperaturabhängig.…”