HAL Id: jpa-00213626
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Submitted on 1 Jan 1968
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QUELQUES PROPRIÉTÉS DES ALLIAGES (SnTe)1-x(MnTe)x
J. Cohen, A. Globa, P. Mollard, H. Rodot, M. Rodot
To cite this version:
J. Cohen, A. Globa, P. Mollard, H. Rodot, M. Rodot. QUELQUES PROPRIÉTÉS DES AL- LIAGES (SnTe)1-x(MnTe)x. Journal de Physique Colloques, 1968, 29 (C4), pp.C4-142-C4-144.
�10.1051/jphyscol:1968422�. �jpa-00213626�
JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque C 4, supplément au no 11-12, Tome 29, Novembre-Décembre 1968, page C 4
-
142QUELQUE S PROPRIÉTÉ
s
DES ALLIAGES ( SnTe), -,(MnTe),par J. COHEN, A. GLOBA, P. MOLLARD
Laboratoire d'Electrostatique et de Physique du Métal, C . N. R. S. Grenoble et H. RODOT, M. RODOT
Laboratoire de Magnétisme et de Physique des Solides, C. N. R. S., Meudon-Bellevue
Résumé. - On décrit les propriétés magnétiques des alliages formés en diluant du manganèse dans une matrice de SnTe, ainsi que quelques propriétés électriques, de part et d'autre de la tempé- rature de couplage magnétique.
Abstract. - We describe the magnetic properties of the alloys formed by diluting manganese in a SnTe matrix, along with some electrical properties, below and above the magnetic coupling temperature.
Nous avons étudié une série d'alliages de composi- tion Sn,-,Mn,Te, de faible concentration en manga- nèse. Dans ces matériaux, les atomes de manganèse sont couplés ferromagnétiquement, de même que dans le cas des alliages homologues Ge,-,Mn,Te [Il.
On peut, en principe, faire varier à peu près indé- pendamment la concentration en Mn et celle des porteurs de charges libres, et étudier en conséquence le rôle et la grandeur du couplage s-d par rapport à l'interaction directe entre les ions Mn. Nous présentons ici une étude préliminaire des propriétés magnétiques d'alliages de concentration en porteurs libres sensi- blement constante.
La figure 1 montre la variation de composition des alliages préparés par deux méthodes : cristallisation
en four de Bridgman et G zone levelling ». Dans ce dernier cas, l'homogénéité de composition (mesurée à la microsonde) est très satisfaisante, bien meilleure en tout cas que dans le travail antérieur [l].
Nous avons mesuré I'aimantation o (UEMlg) de ces alliages en fonction du champ magnétique, à la température de 4,2 OK. Les résultats (Fig. 2) mettent
x
I j( Bridgman
0 I 2 6 10 longueur du lingot ( c m )
FIG. 1.
en évidence le caractère ferromagnétique des alliages pour x variant de 0,004 8 à 0,16. L'apparition du ferromagnétisme pour x < indique l'existence d'interactions à longue distance. Nous avons par ail- leurs déterminé le moment magnétique à saturation à O OK, à partir des courbes o (H, T) entre 20 et 4 OK, en adoptant une loi d'extrapolation en champ infini en l/HZ. Le moment à saturation oo, tend vers la valeur de 5 p, de Mn". Nous n'avons pas pu détecter de phénomène d'hystérésis dans ces maté-
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1968422
QUELQUES PROPRIÉTÉS DES ALLIAGES (SnTe)pz (MnTe)s C 4 - 1 4 3 riaux : la courbe d'aimantation passe par l'origine que 0,008 9. Si l'on trace la courbe Tc(x), on constate (Fig. 3). On peut d'ailleurs se demander s'il existe que Tc varie linéairement avec la concentration réellement des ondes de spin et des domaines dans (Fig. 5). On peut donc penser que le manganèse des matériaux à ferromagnétisme dilué. se trouve à l'état de solution solide dans la matrice
La figure 4 montre la variation de l'aimantation SnTe.
dans un champ faible, en fonction de la température. Nous avons reporté sur la figure 6 les courbes Ceci nous permet de déterminer la température de de susceptibilité dans le domaine paramagnétique, Curie ferromagnétique T, de ces alliages (Tableau 1), après correction du diamagnétisme sous-jacent. Nous même pour des concentrations en Mn aussi faibles obtenons des droites de Curie qui nous permettent de calculer le moment efficace p,,, (Tableau 1) du
U ( u e m / g )
T ('K) 10 -
30.
20.
+ Tc
0 '3,
A 8 ,
Or' O 9 1 0,2 x
FIG. 5.
1
H ( 0 4 ) 100 FIG. 3.
A U
(i--)uem.w-4(pciur
un ion gr Mn)2..2 x = 0.159
6 0 -
1 --1
O 10
100 200 7 ('H)
FIG. 6.
MnCf en bon accord avec la valeur théorique de 5,9 pBe,,. Ces courbes font apparaître les valeurs de la température de Curie paramagnétique Oc, proches de celles de Tc déterminées précédemment. Remar- quons enfin la variation linéaire de 1 / ~ avec la tem-
O IO 20 30 T ( ' K I pérature, qui exclut la présence de ségrégations de
FIG. 4. MnTe dans SnTe et montre que tous les porteurs
J. COHEN, A. GLOBA, P. MOLLARD
1 Mn 1 = n, p (20 OK)
Matrice x cm-3 cma3
- -
-
-SMT 18 SnTe 0,159 25 x IOz0 3 x 1020 SMT 4 - 0,lO 16 x 1020 8,4 x 1020 SMT 5 - 0,054 8,6 x 1OZ0 10 x IO2' SMT 6 - 0,008 9 1,4 x 1020 10 x 1OZ0 SMT 7 - 0,004 8 0,77 x 1020 8,4 x 1020 de moment sont équivalents et subissent les mêmes
interactions.
Ces résultats fragmentaires ne permettent pas de se prononcer sur l'importance relative des différentes interactions ; à cette fin nous nous proposons d'étudier ces substances pour de très faibles teneurs en Mn, et également en fonction de la concentration en porteurs libres. L'énergie d'interaction de couplage magnétique est proportionnelle à la concentration en atomes de manganèse et nous pouvons ainsi définir une énergie de couplage par atome de Mn intro- duit dans l'alliage : W = d(kTc)/dn, = 2,6 x 10-36 erglatomes de Mn. cm- 3.
Abordons -maintenant brièvement quelques pro- priétés électriques de ces alliages.
La principale particularité est l'apparition, dans le domaine du couplage, d'un effet Hall extraordinaire.
La figure 7 montre la variation de la constante de Hall avec la température, dans un champ constant de 6 000 CE. Les échantillons sont de type p, extrinsèques et fortement dégénérés, avec p ei8 x 1020 cm-3.
La contribution extraordinaire à l'effet Hall apparaît à une température OH qui est très voisine du point de Curie para- ou ferro-magnétique (Fig. 5).
Parmi les autres effets de transport, la magnéto-
résistance est faible, et parfois négative. Cette étude est en cours. La résistivité est une fonction croissante de la température, sans discontinuité au point de Curie.
Rappelons que la résistivité a été étudiée et interprétée dans le cas de Ge, -,Mn,Te [2], ainsi que le pouvoir thermoélectrique a et la conductivité thermique [3].
Ces travaux montraient en particulier l'existence d'une diffusion des porteurs par les spins, s'ajoutant à la diffusion d'alliage, causant une augmentation avec x de la résistivité résiduelle (proportionnelle- ment à x2) et également de da/d(TEG1) (EF = énergie de Fermi).
En conclusion, ce nouveau type d'alliages, dits
« alliages semiconducteurs à spins dilués », offre deux intéressantes possibilités : l'investigation d'inter- actions magnétiques à longue distance dans un milieu de densité électronique ni très grande, ni très faible, et l'observation d'effets de transport particuliers dans ces alliages où la mobilité des por-
~eurs, sans être très élevée, n'est nullement négligeable (= 100 cm2/V. s).
Bibliographie
[il RODOT (M.), COHEN (J.), LEWIS (J.), MOLLARD (P.), RODOT (H.), VILLERS (G.), J. Phys. SOC. Japan, 1966, 21, Supp., 627.
[Z] LEWIS (J. E.), RODOT (M.), J. Physique, 1968, 29, 352.
[3] LEWIS (J. E.), RODOT (H.), HAEN (P.), Phys. Stat. Sol.
(à paraître).
DISCUSSION
ALBANY, H. J. - VOS mesures de conductibilité thermique sont-elles effectuées sur des monocristaux ou des polycristaux ? Quelle est la valeur de la conduc- tibilité thermique due à la section de l'échantillon ? RODOT, M. - A basse température KR est propor- tionnel à T~ et non à T 3 . L'effet des parois est donc probablement masqué par d'autres types de diffusion probablement par des dislocations. Le libre parcours moyen est bien plus petit que la dimension des grains.
