14.10.01 Игры с гистерезисной петлей

У многих сложных соединений, таких как перовскиты, температурная кривая намагниченности обладает гистерезисной петлей. Существуют материалы с направлением обхода этой петли по часовой и против часовой стрелки при циклическом охлаждении и нагревании, однако для каждого материала это направление считалось фиксированным. В недавней работе группа корейских ученых продемонстрировало вещество, в котором направление обхода петли может меняться в зависимости от внешних условий.

Рис.1 Гистерезисная петля намагничивания ферромагнетика.

Гистерезис, в широком смысле слова, возникает тогда, когда система "помнит" свое прошлое. Примером может служить известная кривая намагниченности ферромагнитного образца (Рис.1). Если мы намагнитили образец, то перемагнитить его уже не так просто. В результате если мы будем воздействовать на образец переменным магнитным полем B, магнитный момент M образца будет описывать характерную петлю на плоскости M-B.

Ясно, что направление обхода петли при перемагничивании — на данной конкретной диаграмме — фиксировано, что связано с требованием положительности работы, затрачиваемой на перемагничивание. Однако для гистерезисных петель другого сорта такое требование отпадает.

В работе [J.Dho, W.S.Kim, N.H.Hur, Phys.Rev.Lett. 87, 187201 (2001)] исследовалась зависимость намагниченности и сопротивления образца (которое также меняется под действием магнитного поля) от температуры в соединении La_1-xSr_xMnO₃ в области x>0.5. Такие соединения демонстрируют переход из ферромагнитного в антиферромагнитное состояние при понижении температуры, и переход этот сопровождается гистерезисной петлей.

Результаты исследования показаны на Рис.2. На двух верхних графиках показаны кривые магнитного момента при изменении температуры. Левый график отвечает значению x=0.53, правый — x=0.58. Оба графика были получены при внешнем магнитном поле B=0.5 Тесла. Видно, что в обоих случаях имеет место гистерезис, причем с одинаковым направлением обхода — против часовой стрелки.

Рис.2 Температурный гистерезис магнитного момента (a), (b) и удельного сопротивления (c), (d) для двух значений концентрации примесей.

На нижней паре графиков показана зависимость сопротивления от температуры при тех же значениях x, но в разных магнитных полях. Здесь мы видим сразу два новых эффекта. Во-первых, в отсутствии поля направление обхода петли меняется при переходе через критическую концентрацию примесей x=0.58. Во-вторых, при x=0.58 направление обхода меняется вновь, если мы приложим достаточно сильное магнитное поле.

Оба этих эффекта свидетельствуют о том, что проводимость исследуемого перовскита определяется двумя сосуществующими и конкурирующими механизмами. Авторы работы идентифицировали эти механизмы как трехмерная ферромагнитная проводимость и двумерная (в пределах Mn-O плоскостей) проводимость антиферромагнитной фазы.

перейти к началу страницы