[论文解读] Residual resistivity ratio and its relation to the positive magnetoresistance behavior in natural multilayer LaMn2Ge2; relevance to artificial multilayer physics

S. Majumdar, Ramesh Chandra Mallik+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 3, 1998

Rare-earth and actinide compounds被引用 4

一句话总结

本研究探讨了天然多层结构LaMn₂Ge₂中的正磁阻效应，发现其与剩余电阻率比（RRR）相关，而非磁性有序。高RRR样品在低温下表现出强烈的正磁阻，违反了Kohler规则，表明其起因并非磁性散射，而是非磁性散射机制，其行为在定性上与人工多层结构系统相似，暗示在关联氧化物与金属间化合物中存在相似的输运机制。

ABSTRACT

Results of low temperature magnetoresistance ($Δρ/ρ$) and isothermal magnetization (M) measurements on polycrystalline ferromagnetic (T_C close to 300 K) natural multilayers, LaMn_{2+x}Ge_{2-y}Si_y, are reported. It is found that the samples with large residual resistivity ratio, $ρ(300K)/ρ(4.2K)$, exhibit large positive magnetoresistance at high magnetic fields. The Kohler's rule is not obeyed in these alloys. In addition, at 4.5 K, there is a tendency towards linear variation of $Δρ/ρ$ with magnetic field with increasing $ρ(300K)/ρ(4.2K$); however, the field dependence of $Δρ/ρ$ does not track that of M, thereby suggesting that the magnetoresistance originates from non-magnetic layers. It is interesting that these experimental findings on bulk polycrystals are qualitatively similar to what is seen in artificially grown multilayer systems recently.

研究动机与目标

• 理解高居里温度（约300 K）的天然多层结构LaMn₂Ge₂中正磁阻效应的起源。
• 研究剩余电阻率比（RRR）在决定磁阻输运行为中的作用。
• 确定磁阻是否源于磁性或非磁性散射机制。
• 将块状多晶样品的实验结果与人工外延生长多层结构系统的实验结果进行比较。
• 评估Kohler规则在这些复杂关联电子系统中的适用性。

提出的方法

• 对具有不同RRR的多晶LaMn₂Ge₂样品进行了低温磁阻测量（$\Delta\rho/\rho$）。
• 在4.5 K下进行等温磁化测量（M），以探测磁有序行为及其磁场依赖性。
• 通过分析$\Delta\rho/\rho$的磁场依赖性与磁化数据的关系，分离磁性与非磁性贡献。
• 通过基于RRR和磁场的磁阻数据缩放，评估Kohler规则的适用性。
• 将RRR值（$\rho(300K)/\rho(4.2K)$）与高场下正磁阻的大小相关联。
• 通过与先前发表的人工多层结构结果进行对比分析，建立输运物理行为的类比关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 剩余电阻率比（RRR）如何影响天然多层结构LaMn₂Ge₂中的正磁阻？
• RQ2 这些天然多层结构中的磁阻行为在多大程度上遵循Kohler规则？
• RQ3 所观测到的正磁阻是否主要由磁性或非磁性散射机制驱动？
• RQ4 天然多层结构的磁阻输运特性与人工外延生长超晶格的特性相比如何？
• RQ5 这些材料中磁阻的磁场依赖性与磁化强度之间存在何种关系？

主要发现

• 具有高剩余电阻率比（$\rho(300K)/\rho(4.2K)$）的样品在高磁场和低温下表现出显著的正磁阻。
• 磁阻不遵守Kohler规则，表明其尺度行为与简单金属的典型行为不同，出现破坏。
• 在4.5 K时，$\Delta\rho/\rho$随磁场呈线性增加，且斜率随RRR升高而增大，表明高纯度下散射增强。
• $\Delta\rho/\rho$的磁场依赖性与磁化强度（M）的变化趋势不一致，暗示磁阻并非主要由磁涨落引起。
• 结果表明，非磁性散射中心——可能与结构或成分不均匀性有关——主导了磁阻机制。
• 这些天然多层结构结果与人工外延超晶格系统的实验结果在定性上高度相似，凸显了关联电子系统中存在共同的底层物理机制。