巨大磁気抵抗

巨大磁気抵抗（CMR ）は、主にマンガン系ペロブスカイト 酸化物などの一部の材料が持つ特性で、磁場の存在下で電気抵抗を劇的に変化させることができます。従来の材料の磁気抵抗は最大5％の抵抗変化を可能にしますが、CMRを特徴とする材料は桁違いの抵抗変化を示す可能性があります。^{[1] [2]}

この技術はディスクの読み取り/書き込みヘッドに利用され、ハードディスクドライブの データ密度の向上を可能にする可能性があります。しかし、低温と大型の装置を必要とするため、これまでのところ実用的な応用には至っていません。^{[3] [4]}

1950年代にG. H. JonkerとJ. H. van Santenによって混合原子価ペロブスカイトマンガン酸化物で最初に発見され、^{[5] [6]、}二重交換メカニズムの観点から最初の理論的説明が早い段階で与えられました。このモデルでは、隣接するMnモーメントのスピン配向は、e _g電子の運動学的交換に関連しています。その結果、外部磁場によるMnスピンの整列により、より高い伝導性がもたらされます。関連する実験研究は、Volger、^[7] WollanとKoehler、^[8]によって行われ、後にJirakら^[9]とPollertら^{[10]によって行われました。}

しかし、二重交換モデルは、転移温度以上での絶縁体のような高い抵抗率を十分に説明できませんでした。^[11] 1990年代には、R. von Helmoltら^[12]とJinら^[13]による研究により、さらに多くの研究が開始されました。この現象はまだ完全には解明されていませんが、関連する効果をより深く理解するためのさまざまな理論的および実験的研究が行われています。

代表的なモデルとして、いわゆる半金属強磁性モデルがあります。これは、密度汎関数理論 (DFT)の局所スピン密度近似 (LSDA)を使用したスピン偏極 (SP) バンド構造計算に基づいており、スピンアップ電子とスピンダウン電子について別々に計算が行われます。半金属状態は、強磁性相において金属多数スピンバンドと非金属少数スピンバンドが存在することと同時に起こります。

このモデルは遍歴強磁性のストーナーモデルと同じではない。ストーナーモデルでは、フェルミ準位での高い状態密度が非磁性状態を不安定にする。DFT-LSDA関数を用いた共有結合強磁性体のSP計算では、交換相関積分がストーナーパラメータの代わりとなる。フェルミ準位での状態密度は特別な役割を果たさない。^{[14]半金属モデルの大きな利点は、二重交換機構のように混合原子価の存在に依存しないことであり、そのため、}パイロクロア Tlのような化学量論相でのCMRの観測を説明できる。
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₇多結晶サンプルの微細構造効果も研究されており、磁気抵抗は粒子間のスピン偏極電子のトンネル効果によって支配されることが多く、その結果、磁気抵抗は粒子サイズに本質的に依存することが判明している。^{[15] [16]}

CMR 効果を完全に定量的に理解することはまだ困難であり、現在も多くの研究が進められています。CMR ベースの新しい技術の開発に関する初期の約束はまだ実現していません。

• 巨大磁気抵抗

• 「巨大磁気抵抗のメカニズムに関する新たな手がかり」phys.org. 2007年。
• 「材料科学技術部門」。オークリッジ国立研究所物理科学部。
• Fontcuberta, Josep (1999). 「巨大磁気抵抗」. Phys. World . 12 (2): 33. doi :10.1088/2058-7058/12/2/29.
  • 「巨大磁気抵抗」。Physicsweb 1999年2月。2004年12月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。