Magnetoresistance Effects in Cr5S6 Single Crystal

We have investigated the magnetoresistance effect in $Cr_5S_6$ single crystals prepared by vapor transport method. Room temperature X-ray diffraction (XRD) study reveals the phase formation of the single crystals with trigonal crystal structure. The magnetization was measured as a function of temperature (5 K~400 K) and applied magnetic field (0.1 T and 5 T). The magnetization curve as a function of temperature reveals the two transition states of $Cr_5S_6$: one from antiferromagnetic to ferrimagnetic state at ~150 K and the other from ferrimagnetic to paramagnetic state at ~300 K. Temperature dependent resistivity at 0 T and 5 T magnetic field shows the metallic behavior, showing the transition from antiferromagnetic to ferrimagnetic state at ~150 K. Magnetic field dependence of magnetization was measured at four fixed temperatures viz. 100 K, 150 K, 200 K, and 300 K. It is observed that at 200 K and 300 K it shows well M-H hysteresis behavior, whereas at 100 K and 150 K it shows non-hysteretic nature. A negative magnetoresistance (MR) of -2% is observed at 5 T for $Cr_5S_6$ single crystal at 150 K, near the antiferromagnetic transition temperature.

Cr5S6 단결정의 자기저항 효과

우리는 증기전달법(vapor transport method)으로 성장된 $Cr_5S_6$ 단결정의 자기저항 효과를 연구하였다. 상온에서의 X-선 회절 (X-ray diffraction) 연구는 삼방구조(trigonal structure)를 가지는 단결정의 상 형성을 보여주었다. 5 K~400 K 온도영역에서 온도의 함수로 자기장(0.1 T, 5 T)을 걸어주면서 자화를 측정하였다. 자화의 온도의존성 결과로부터 $Cr_5S_6$의 두 가지 상태변화를 확인 할 수 있었다. 첫 번째는 150 K 근처에서 반강자성에서 준강자성으로의 전이가 일어나고, 두 번째는 준강자성에서 상자성으로의 전이가 300 K 근처에서 일어난다. 0 T와 5 T의 자기장에서 측정한 온도에 따른 저항의 변화는 150 K 근처에서 반강자성-준강자성 전이를 보여주면서 금속성을 보여주었다. 자기장의 변화에 따른 자화의 변화를 고정된 온도(100 K, 150 K, 200 K, 그리고 300 K)에서 측정하였다. 200 K과 300 K에서는 M-H 이력 현상을 잘 보여주는 반면에, 100 K과 150 K에서는 이력 현상을 보여주지 않았다. 150 K, 즉 반강자성 전이온도에서 $Cr_5S_6$는 5 T의 자기장 하에서 약 -2%의 음의 자기저항(magnetoresistance)이 관찰되었다.