Low-temperature anomalies in resistance and magnetoresistance of amorphous FeCrB ribbons. Coexistence of ferromagnetism and local superconductivity?

Abstract

Investigation of the conductivity mechanisms in ferromagnetic Fe(67)Cr(18)B(15) metallic glasses with clusterized structure reveals anomalies in the behaviour of resistance and magnetoresistance (MR) in a narrow temperature interval, T = 3.6-3.1 K. The anomalies are seen as a sharp decrease of the sample resistivity in this range, with a rate equal to 3.6% K(-1), i.e. 200-500 times more than the rate 0.008-0.021% K(-1) in the range of 300-4 K. MR in the same range increases with a rate 1000 times larger (4% K(-1) at T ∼ 3.1-3.6 K) than in the 300-4 K range (<0.0015% K(-1)). We explain this result by the appearance of local superconductivity in the large-scale layered clusters of metallic Fe-Cr phase, 150-200 Å in size, with ferromagnetic Fe(2)Cr core and nonmagnetic FeCr(2) superconducting shell. The superconducting phase, which occupies 0.4-0.5% of the sample volume, provides a resistance jump Δρ/ρ≈1.5% that corresponds to calculation. The superconducting state of the clusters collapses if the magnetic field exceeds 20 kOe.

Влияние ионного (Ar-=SUP=-+-=/SUP=-) облучения на кластерный магнетизм и магнитные взаимодействия в аморфном сплаве Fe-=SUB=-67-=/SUB=-Cr-=SUB=-18-=/SUB=-B-=SUB=-15-=/SUB=-

“…Основными структурными элементами в кластерах металлической фазы являются фрагменты легко застраивающихся плоскостей типа (110), с низкими индексами и наиболее плотной упаковкой атомов. Согласно угловой зависимости полуширины флуктуационных максимумов [1][2][3][4]8,9], размеры кластеров для образцов Изменения в структуре и кластерном магнетизме образцов под действием ионного облучения проявляются в спектрах магнитного резонансного поглощения.…”

“…Магнитные резонансы реализуются при участии ансамблей локализованных спинов, способных при низких температурах находиться в магнитоупорядоченном состоянии, связанных с определенными ионами или группировками атомов и сосредоточенных в структурных кластерах. Здесь необходимо напомнить, что спектры снимались при комнатной температуре (в суперпарамагнитном температурном интервале [7,8] Линия поглощения (4) при H res = 3200 Oe и M eff = 170 Oe (g-фактор равен 2) характеризует пара-магнитный сигнал, обычно наблюдающийся в аморфных материалах различного состава и который мы связываем с разупорядоченной межкластерной средой, с группировками атомов до-критического размера, докластерного уровня, сохраняющими лишь ближний атомный порядок. В них велика доля поверхностных атомов по сравнению с атомами в объеме таких группировок.…”

“…При рассмотрении альтернативных объяснений возможной природы поглощения СВЧ-излучения аморфными образцами FeCrB и причины расщепления линий в спектрах полезная обычно оценка соотношения энергии Зеемана и энергии диполь-дипольного взаимодействия магнитных моментов кластеров вряд ли целесообразна, поскольку диполь-дипольные взаимодействия кластеров практически отсутствуют. Спектры снимались при T = 293 K, при отсутствии дальнего магнитного порядка в образцах [7,8] (рис. 1).…”

“…Кроме этого, даже при низких температурах, при которых крупные кластеры переходят в FM состояние, магнитные моменты кластеров также не могут взаимодействовать между собой из-за наличия у них протяженных периферийных областей, формирующих своеобразную " шубу" с разупорядоченной структурой вокруг центральных частей, обогащенных железом. Экранировка магнитных моментов группировок ферромагнитного железа (при условии, что их размер превышает суперпарамагнитный предел, равный 50 ¦ для чистого железа [13]), усиливается концентрацией антиферромагнитного хрома в периферийных областях кластеров [7,8]. Формирование этой " шубы"в средах с неупорядоченной структурой неизбежно, поскольку происхождение периферийных областей прямо связано с механизмами роста кластеров [7,8,9].…”

“…Для исследования различных структурных и магнитных модификаций в случайно неоднородной среде изучаемого нами аморфного сплава Fe 67 Cr 18 B 15 к магнитным измерениям, весьма полезны исследования спектров магнитного резонансного поглощения [8]. Мы провели исследования структуры и свойств двух аморфных лент одного и того же состава, но различающихся своими спектрами магнитного резонансного поглощения.…”