RÉSISTIVITÉ ÉLECTRIQUE ET STRUCTURE ÉLECTRONIQUE DU COBALT ET DE SES ALLIAGES

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Submitted on 1 Jan 1971

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RÉSISTIVITÉ ÉLECTRIQUE ET STRUCTURE ÉLECTRONIQUE DU COBALT ET DE SES

ALLIAGES

B. Loegel

To cite this version:

B. Loegel. RÉSISTIVITÉ ÉLECTRIQUE ET STRUCTURE ÉLECTRONIQUE DU COBALT ET DE SES ALLIAGES. Journal de Physique Colloques, 1971, 32 (C1), pp.C1-332-C1-334.

�10.1051/jphyscol:19711111�. �jpa-00213927�

JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque C I , supplkment au no 2-3, Tome 32, Fkvrier-Mars 1971, page C 1

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RESISTIVITE ELECTRIQUE ET STRUCTURE ELECTROMQUE DU COBALT ET DE SES ALLIAGES

B. LOEGEL

Laboratoire de Physique Electronique, Collbge Scientifique Universitaire, 4, rue des Freres Lumi&re, 68, Mulhouse, France

et Laboratoire de Physique des Solides (*), Institut de Physique, 3, rue de I'UniversitC, 67, Strasbourg, France

R6sum6. - L'analyse des deviations B la loi de Matthiessen entre 4 OK et 77 OK d'alliages du type CoTr (Tr = Os, Ru, Ir, Fe, Re, Cr) permet de &parer, pour chaque temperature, les diverses contributions a la rksistivitk de la matrice et de ses alliages dilues dans un modkle a deux bandes coupl6es. Les rBsistivitts de chaque sous-bande st, sl du cobalt pur sont analysees en termes de diffusion s-s, s-d, electron-electron et electron-magnon. De plus, le terme de melange de spin est determine d'une f a ~ o n quantitative-dans un large domaine de temperature.

Abstract.

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1. Introduction. - Nous avons mesurC les Ccarts ii la loi de Matthiessen (L. M.) dans les alliages B base de cobalt du type CoTr (Tr ⁼ Os, Ru, Ir, Fe, Re, Cr).

11s sont analysCs dans un modble de Mott [I, 2, 31 8.

deux bandes, modifiC en introduisant un terme supplt- mentaire pl traduisant 17ensemble des processus de couplage entre les bandes sl, et sl provenant des diffusions Clectron-tlectron et Clectron-magnon [4].

Nous determinons l a dkpendance en tempkrature des rCsistivitCs p et pml associkes a chaque bande et du

T

"

terme de melange de spin p i t par I'Ctude conjugute d'alliages ternaires 21 basse tempkrature (40K) et d'alliages binaires entre 4 OK et 50 OK.

2. MBthode de sbparation des diffhrents termes. - L'Ctude des alliages ternaires permet, dans un premier temps, de dtterminer les rCsistivitCs pot et pol des impuretCs de transition dissoutes dans le cobalt. La mCthode utilisCe Ctant celle proposee par Leonard et coll. [5]. Les rdsultats obtenus sont en accord avec ceux de Durand [6, 71 obtenus par une autre mCthode.

De plus i'aimantation moyenne B saturation des alliages ternaires montre [8, 91 que les interactions entre impuretks sont nCgligeables dans le domaine de concentration Ctudit.

Dans un deuxieme temps, les alliages binaires ont CtC choisis de sorte que les Ccarts ii l a L. M. soient assez forts. Les impuretes dissoutes doivent, dans ce cas, crder un ttat liC virtuel au voisinage du niveau de Fermi - ce que nous avons vCrifiC par des mesures d'aimantation B saturation en fonction de la concen- tration [8, 91. En particulier, le passage de l'ttat li&

virtuel au niveau de Fermi se fait pour des ClCments tels que le Ruthenium et l'osmium.

S~PARATION DES DIFF~RENTS TERMES CONTRIBUANT A LA R~~SISTIVITB ^{DE LA} MATRICE. - Soit, pall(T, C) la rCsistivitC 21 la tempirature T de l'alliage de concen- tration c en impuretC, cpo sa rCsistivitC rksiduelle et pm(T) la rCsistivitC de la matrice. La dCviation A la L. M. est dkfinie par

AP(T) = ~,ll(T' 4

-

(*) Equipe de recherche sur la structure Bectronique des solides, associte au C . N. R. S., no 100.

Dans un modble B deux bandes couplCes [lo] et en se plaqant dans la limite pot, p o ~ $- pmt, pm4, pit les dCviations & la L. M. se mettent sous la forme :

avec

Pour une tempkrature et un alliage donnCs, a est connu griice aux mesures de rCsistivitCs rtsiduelles sur les alliages ternaires. On dttermine alors un ensemble de valeurs pour pmt, p i t et j i donnant le meilleur accord avec les rCsultats expirimentaux relatifs 5 la matrice et aux Ccarts B la L. M. de quatre alliages binaires.

3. Discussion. - Les termes pmt, p4 ?, prnl obtenus suivent une loi phCnom6nologique du type aT2

+

et cela au moins jusqu'g 30 OK :

pmt = 0,27 x l o e 2 T 2

+

+

- 5,8 x T 2

+

L'origine de ce comportement s'explique en fonction des processus fondamentaux de diffusion. En effet, dans un ferromagnttique fort, l'expression de la rCsis- tivitC associke B chaque bande est de la forme :

oh le terme p,, 0 reprksente la r6sistivitC de la bande o supposie seule et traduit les transitions Blectron- phonon so-so. La prisence de la bande s-, introduit un terme de couplage pflt dt3 aux mkcanismes de diffusion Clectron-magnon so-s-, [l 1, 121. De plus, I'existence d'une bande d l incompl6tement remplie entraine : (i) dans l a bande st. des transitions sf-d, dues au couplage Blectron-magnon p?? ; (ii) dans la

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:19711111

RESISTIVITB ELECTRIQUE ET STRUCTURE ELECTRONIQUE D U COBALT ET DE SES ALLIAGES C 1

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bande s , , . des transitions Clectron-Clectron du type _{- -} puisque l'on sait que les bandes de spin s ne sont que Baber

(py:)

a

vitt &(T) = P,,~ - 0,27. T2 suit une telle loi ^--

dans tout le domaine de tempkrature ttudit Pmr = pml - 2,24.104[J5@)]

(g)5

(T < 77 OK) (Fig. 1)

FIG. 2. - j5ml/T2 en fonction de la tempkrature en nS2. cm ( 0K)-2.

FIG. 1. - p(T)/p(&) en fonction du rapport T/OD pour Cu, Ag et la bande st du cobalt. Pour ce dernier on a represent6 Ast (T)/Psst(@D) ; en pointill6 p(T)/p(e~) pour le cobalt sans

skparation des diverses contributions.

Lst(T) doit &re identifik avec le terme p:T. Le compor- tement de la rCsistivitC associte h la bande st est donc identique a celui d'un mttal noble tel que le Cu ou 1'Ag et peut 6tre identifit avec la rtsistivitk due aux transitions st-st induites par les phonons.

3.2 VARIATION D E pml AVEC LA TEMP~RATURE. -

Dans la bande sly I'expression (3-lc) prBsente un coefficient du terme en T2 qui est nettement plus ClevC que dans la bande st. Ceci s'explique par la presence du terme de diffusion de Baber [13].

Par contre, le coefficient du terme en T' est nette- ment trop grand si l'on admet que dans la bande sl le terme pml est du m6me ordre de grandeur que 0

pmt et qu'il suit de m6me une loi de Bloch-Griineisen. 0

En fait, le terme phknomBnologique en T~ contient h la fois le terme de diffusion tlectron-phonon S-S(~:~) et le terme de diffusion ~-d(~;,) [9, 141.

Nous pouvons avoir un ordre de grandeur du terme p?, si on admet que, les bandes st et sl Btant t r b semblables, les termes de diffusion s-sp:t et pZl sont kgaux : il s'agit 18 d'une hypothkse vraisemblable

Le terme pml contient les contributions Blectron- Blectron, Blectron-magnon et Blectron-phonon s-d. I1 prksente un comportement uniquement en T 2 jusquY&

T # 15 OK = 8, (temptrature de blocage des tran- sitions s-d). Au-delh, apparait un terme supplkmentaire que nous attribuons aux transitions tlectron-phonon s-d et qui, en accord avec le mod6le propod par Wilson [15], varie en T ~ .

3.3 VARIATION DU TERME DE MELANGE DE SPIN pl

AVEC LA TEMPERATURE. - L'interprttation des varia- tions en temptrature du terme de melange de spin est plus dklicate en raison des diffkrentes contributions qui y participent (tlectron-magnon, Clectron-electron) et de l'allure particulitre des rtsultats exptrimentaux (saturation de plt h haute temptrature). Le calcul fait par Fert [I61 dans le cas du fer ne s'applique pas au cobalt, car dans ce mod6le pit T - ~ doit tendre vers ztro avec la tempbrature, ce que nous n'avons pas observe. On peut neanmoins remarquer que les interactions tlectron-magnon et Blectron-electron prt- sentent un comportement en T2, ce qui est vCrifiB exptrimentalement pour 4 OK < T < 20 OK.

En conclusion, cette ttude met en Bvidence un terme de diffusion s-s dans la bande st identique a celui d'un mttal noble (Cu, Ag), un terme de Baber du m6me ordre de grandeur que celui d'un mttal para- magnitjque et un terme s-d Blectron-phonon (bloqut h basse temptrature) dans la bande sl. Elle fait appa- raitre un terme de melange de spin et montre la vali- ditt du modsle h deux bandes coupltes pour un ferro- magnktique fort tel que le cobalt.

C 1

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