Siberian Aerospace JournalSiberian Aerospace JournalSiberian Aerospace JournalSiberian Aerospace JournalСибирский аэрокосмический журналSiberian Aerospace Journal2712-89702782-5760Reshetnev Siberian State University of Science and Technology71612810.31772/2712-8970-2026-27-2-373-382Section 3. Technological Processes and MaterialsРаздел 3. Технологические процессы и материалыResearch ArticleConductivity control in SmxMn1–xS by magnetic field and currentРегулирование проводимости в SmxMn1–xS магнитным полем и токомhttps://orcid.org/0000-0003-0954-9094KharkovAnton M.ХарьковАнтон Михайлович
Russian Federation

Cand. Sc., Associate Professor of the Department of Physics

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики

khark.anton@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7163-1801SitnikovMaksim N.СитниковМаксим Николаевич
Russian Federation

Cand. Sc., Associate Professor of the Department of Physics

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики

kineru@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6176-4248AplesninSergey S.АплеснинСергей Степанович
Russian Federation

Dr. Sc., Professor, Head of the Department of Physics

доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой физики

aplesnin@sibsau.ruReshetnev Siberian State University of Science and TechnologyСибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева060720262723733820607202606072026Copyright ©; 2026, Kharkov A.M., Sitnikov M.N., Aplesnin S.S.Copyright ©; 2026, Харьков А.М., Ситников М.Н., Аплеснин С.С.2026Kharkov A.M., Sitnikov M.N., Aplesnin S.S.Харьков А.М., Ситников М.Н., Аплеснин С.С.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.eco-vector.com/2712-8970/article/view/716128

Spacecraft electronics and onboard computer microchips are made of semiconductors. Radiation increases in near-Earth orbit, especially during solar flares, where the flux of high-energy particles and gamma radiation increases. This leads to defects in semiconductor transistors and failure of electronic devices. Therefore, replacing field-effect transistors with spintronics, which utilizes the spin degree of freedom of electrons, is becoming a pressing issue. Transport characteristics can be controlled by a magnetic field using samarium-substituted manganese sulfides. The conductivity of a sample was studied at low current in a magnetic field applied at an angle to the current, varying from 0° to 360°. Without a magnetic field, the conductivity remains constant. When a magnetic field is applied and the sample rotates, a change in conductivity is observed. In a magnetic field, conductivity decreases and reaches a minimum within a certain angular range. Upon heating, conductivity decreases in a magnetic field and reaches one order of magnitude near the magnetic phase transition. The current-voltage characteristics of SmxMn1–xS with a concentration of x = 0.1 were measured without a magnetic field of H = 0 kOe and in a magnetic field of H = 12 kOe, directed along the current and perpendicular to the current. The dependence of current on voltage is nonlinear and is associated with electrically inhomogeneous states in the sample. From the current-voltage characteristics, the dependence of the change in conductivity in a magnetic field on the current (voltage) and temperature was found. The maximum decrease in conductivity in a magnetic field was found at 200 K. Above room temperature, conductivity decreases by several percent due to the Hall contribution. Heating and increasing current lead to a decrease in magnetoconductivity. A comparison of the two methods for measuring conductivity in a magnetic field indicates that the regulation of conductivity by a magnetic field depends on the current value at which the conductivity is measured.

Электроника в космических аппаратах, микросхемы в бортовых компьютерах сделаны из полупроводников. На околоземной орбите радиация увеличивается, особенно в период солнечных вспышек возрастает поток высокоэнергетических частиц и гамма-излучения. Это приводит к дефектам в полупроводниковых транзисторах и выходу из строя электронных приборов. Поэтому актуальной становится задача замены полевых транзисторов спинтроникой, в которой используется спиновая степень свободы электрона. Регулировать транспортные характеристики под действием магнитного поля можно на сульфидах марганца, замещенного самарием. Исследовалась проводимость образца на малом токе в магнитном поле, которое прикладывалось под углом к току и угол менялся в интервале 0–360°. Без магнитного поля проводимость остается постоянной. При включении магнитного поля и вращении наблюдается изменение проводимости. В магнитном поле проводимость уменьшается и достигает минимума в определенном интервале углов. При нагревании проводимость уменьшается в магнитном поле и достигает одного порядка в окрестности магнитного фазового перехода. Измерены вольт-амперные характеристики SmxMn1–xS с концентрацией x = 0,1 без магнитного поля H = 0 кЭ и в магнитном поле H = 12 кЭ, направленном по току и перпендикулярно току. Зависимость тока от напряжения нелинейная и связана с электрически неоднородными состояниями в образце. Из вольт-амперных характеристик найдена зависимость изменения проводимости в магнитном поле от тока (напряжения) и температуры. Максимальное уменьшение проводимости в магнитном поле найдено при 200 К. Выше комнатной температуры проводимость уменьшается на несколько процентов за счет Холловского вклада. Нагрев и увеличение тока приводят к уменьшению магнитопроводимости. Сравнение двух методик измерения проводимости в магнитном поле указывает, что регулирование проводимости магнитным полем зависит от величины тока, на котором проводится измерение проводимости.

semiconductorsconductivitymagnetoconductivityполупроводникипроводимостьмагнитопроводимостьRussian Science FoundationРоссийский научный фондGovernment of Krasnoyarsk KraiПравительство Красноярского краяKrasnoyarsk Regional Science FoundationКрасноярский научный фонд23-22-10016The study was supported by a grant from the Russian Science Foundation Nо. 23-22-10016, the Krasnoyarsk Regional Science Foundation.Работа поддержана Российским научным фондом, Правительством Красноярского края и проектом Красноярского научного фонда № 23-22-10016.Kupriyanova E. G., Kolotkov D. Yu., Nakaryakov V. M., Kaufman A. S. [Quasi-periodic pulsations in solar and stellar flares. Review]. Solar-terrestrial physics 2020, Vol. 6, No 1, P. 3–29 (In Russ.).Квазипериодические пульсации в солнечных и звездных вспышках. Обзор / Е. Г. Куприянова, Д. Ю. Колотков, В. М. Накаряков, А. С. Кауфман // Солнечно-земная физика. 2020. Т. 6, № 1. С. 3–29.Alekseev V. V., Belotsky K. M., Bogomolov Yu. V. et al. Review of the results of measurements of the fluxes of the charged components of galactic cosmic rays in the experiments PAMELA and AMS-02. Physics of Particles and Nuclei. 2017, Vol. 48, P. 687–690.Review of the results of measurements of the fluxes of the charged components of galactic cosmic rays in the experiments PAMELA and AMS-02 / V. V. Alekseev, K. M. Belotsky, Yu. V. Bogomolov et al. // Physics of Particles and Nuclei. 2017. Vol. 48. P. 687–690.Solin S. A., Thio Tineke, Hines D. R., Heremans J. J. Enhanced Room-Temperature Geometric Magnetoresistance in Inhomogeneous Narrow-Gap Semiconductors. Science. 2020, Vol. 289, P. 1530–1532.Enhanced Room-Temperature Geometric Magnetoresistance in Inhomogeneous Narrow-Gap Semiconductors / S. A. Solin, Tineke Thio, D. R. Hines, J. J. Heremans // Science. 2020. Vol. 289. P. 1530–1532.Volkov N. V. [Spintronics: Magnetic tunnel structures based on manganites]. UFN. 2012, Vol. 182, No 3, P. 263–285 (In Russ.).Волков Н. В. Спинтроника: магнитные туннельные структуры на основе манганитов // УФН. 2012. Т. 182, № 3. С. 263–285.Chou C.-T., Park E., Ingla-Aynes J. et al. Large Magnetoresistance in an Electrically Tunable van der Waals Antiferromagnet. Phys. Rev. Lett. 2025, Vol. 135, P. 136702.Large Magnetoresistance in an Electrically Tunable van der Waals Antiferromagnet / C.-T. Chou, E. Park, J. Ingla-Aynes et al. // Phys. Rev. Lett. 2025. Vol. 135. P. 136702.Chen Y.-Q., Wu W.-B., He Y.-X. et. al. Extremely large magnetoresistance in high quality magnetic Fe2Ge3 single crystals. Commun. Phys. 2025, Vol. 8, P. 116.Extremely large magnetoresistance in high quality magnetic Fe2Ge3 single crystals / Y.-Q. Chen, W.-B. Wu, Y.-X. He et. al. // Commun. Phys. 2025. Vol. 8. P. 116.Firth A. [The origin, development and prospects of spintronics]. UFN. 2008, Vol. 178, No 12, P. 1336 (In Russ.).Ферт А. Происхождение, развитие и перспективы спинтроники // УФН. 2008. Т. 178, № 12. С. 1336.Firth A. and Grunberg P. A. [Nanotechnology makes it possible to produce sensitive read heads for compact hard drives. Nobel Lectures in Physics – 2007]. UFN. 2008, Vol. 178, No 12, P. 1335 (In Russ.).Ферт А., Грюнберг П. А. Нанотехнологии позволяют изготовить чувствительные считывающие головки для компактных жестких дисков. Нобелевские лекции по физике – 2007 // УФН. 2008. Т. 178, № 12. С. 1335.Balaev D. A., Balaev A. D. [Tunneling conductivity and tunneling magnetoresistance of Fe-SiO films: correlation of magnetotransport and magnetic properties]. Solid State Physics. 2019, Vol. 61, Is. 7, P. 1262 (In Russ.).Балаев Д. А., Балаев А. Д. Туннельная проводимость и туннельное магнитосопротивление пленок Fe-SiO: корреляция магнитотранспортных и магнитных свойств // ФТТ. 2019. Т. 61, Вып. 7. С. 1262.Niu R., Zhu W. K. Materials and possible mechanisms of extremely large magnetoresistance: a review. J. Phys.: Condens. Matter. 2022, Vol. 34, P. 113001.Niu R., Zhu W. K. Materials and possible mechanisms of extremely large magnetoresistance: a review // J. Phys.: Condens. Matter 2022. Vol. 34. P. 113001.Gayathri V., Amaladass E. P., Sathyanarayana A. T. et al. Interfacial interaction driven enhancement in the colossal magnetoresistance property of ultra-thin heterostructure of Pr0.6Sr0.4MnO3 in proximity with Pr0.5Ca0.5MnO3. Sci. Rep. 2023, Vol. 13, P. 2315.Interfacial interaction driven enhancement in the colossal magnetoresistance property of ultra-thin heterostructure of Pr0.6Sr0.4MnO3 in proximity with Pr0.5Ca0.5MnO3 / V. Gayathri, E. P. Amaladass, A. T. Sathyanarayana et al. // Sci. Rep. 2023. Vol. 13. P. 2315.Goldman A. M. Condensed Matter Physics: Magnetoresistance in Layered Manganite Compounds. Science. 1996, Vol. 274, P. 1630.Goldman A. M. Condensed Matter Physics: Magnetoresistance in Layered Manganite Compounds // Science. 1996. Vol. 274. P. 1630.Kagan M. Yu., Kugel K. I. [Inhomogeneous charge states and phase separation in manganites]. UFN. 2001, Vol. 171, No 6, P. 577–596 (In Russ.).Каган М. Ю., Кугель К. И. Неоднородные зарядовые состояния и фазовое расслоение в манганитах // УФН. 2001. Т. 171, № 6. С. 577–596.Kugel K. I., Rakhmanov A. L. et al. Doped orbitally ordered systems: Another case of phase separation. Phys. Rev. B 2008, Vol. 78, P. 155113.Doped orbitally ordered systems: Another case of phase separation / K. I. Kugel, A. L. Rakhmanov et al. // Phys. Rev. B 2008. Vol. 78. P. 155113.Reuss F., Frank S., Kirchner C. et al. Magnetoresistance in epitaxially grown degenerate ZnO thin films. Appl. Phys. Lett. 2005, Vol. 87, P. 112104.Magnetoresistance in epitaxially grown degenerate ZnO thin films / F. Reuss, S. Frank, C. Kirchner et al. // Appl. Phys. Lett. 2005. Vol. 87. P. 112104.Peters R., Kawakami N., Pruschke T. Orbital order, metal-insulator transition, and magnetoresistance effect in the two-orbital Hubbard model. Phys. Rev. B. 2011, Vol. 83, P. 125110.Peters R., Kawakami N., Pruschke T. Orbital order, metal-insulator transition, and magneto- resistance effect in the two-orbital Hubbard model // Phys. Rev. B 2011. Vol. 83. P. 125110.Aplesnin S. S., Sitnikov M. N., Kharkov A. M. et al. Magnetoimpedance, Jahn-Teller transitions upon electron doping of manganese sulfide. JMMM. 2020, Vol. 513, P. 167104.Magnetoimpedance, Jahn-Teller transitions upon electron doping of manganese sulfide / S. S. Aplesnin, M. N. Sitnikov, A. M. Kharkov et al. // JMMM. 2020. Vol. 513. P. 167104.Aplesnin S. S., Sitnikov M. N. Magnetotransport effects in paramagnetic GdxMn1-xS. JETP Lett. 2014, Vol. 100, P. 95–101.Aplesnin S. S., Sitnikov M. N. Magnetotransport effects in paramagnetic GdxMn1-xS // JETP Lett. 2014. Vol. 100. P. 95–101.Bukharaev A. A., Zvezdin A. K., Pyatakov A. P., Fetisov Yu. K. [Straintronics is a new direction in micro- and nanoelectronics and materials science]. UFN. 2018, Vol. 188, No. 12, P. 1288–1330 (In Russ.).Стрейнтроника − новое направление микро- и наноэлектроники и науки о материалах / А. А. Бухараев, А. К. Звездин, А. П. Пятаков, Ю. К. Фетисов // УФН. 2018. Т. 188, № 12. С. 1288–1330.Cortijo A., Ferreirós Y., Landsteiner K., Vozmediano M. A. H. Visco elasticity in 2D materials. 2D Materials. 2016, Vol. 3, P. 011002.Visco elasticity in 2D materials / A. Cortijo, Y. Ferreirós, K. Landsteiner, M. A. H. Vozme- diano // 2D Materials 2016. Vol. 3. P. 011002.Bhattacharyya S., Pandey T., Singh A. K. Effect of strain on electronic and thermoelectric properties of few layers to bulk MoS2. Nanotechnology. 2014, Vol. 25, P. 465701.Bhattacharyya S., Pandey T., Singh A. K. Effect of strain on electronic and thermoelectric properties of few layers to bulk MoS2 // Nanotechnology 2014. Vol. 25. P. 465701.Heine T. Transition Metal Chalcogenides: Ultrathin Inorganic Materials with Tunable Electronic Properties. Acc. Chem. Res. 2015, Vol. 48, P. 65–72.Heine T. Transition Metal Chalcogenides: Ultrathin Inorganic Materials with Tunable Electronic Properties // Acc. Chem. Res. 2015. Vol. 48. P. 65–72.Roy K., Bandyopadhyay S., Atulasimha J. Hybrid spintronics and straintronics: A magnetic technology for ultra low energy computing and signal processing. Appl. Phys. Lett. 2011, Vol. 99, P. 063108.Roy K., Bandyopadhyay S., Atulasimha J. Hybrid spintronics and straintronics: A magnetic technology for ultra low energy computing and signal processing // Appl. Phys. Lett. 2011. Vol. 99. P. 063108.Romanova O. B., Aplesnin S. S., Sitnikov M. N., Udod L. V., Kharkov A. M. Magnetoresis- tance and magnetoimpedance in holmium manganese sulfides. Appl. Phys. A. 2022, Vol. 128, P. 124.Magnetoresistance and magnetoimpedance in holmium manganese sulfides / O. B. Romanova, S. S. Aplesnin, M. N. Sitnikov et al. // Appl. Phys. A. 2022. Vol. 128. P. 124.Aplesnin S. S., Sitnikov M. N., Romanova O. B., Pichugin A. Yu. Magnetoelectric and magnetoresistive properties of the СexMn1-xS semiconductors. Phys. Status Solidi B. 2016, Vol. 253, P. 1771–1781.Magnetoelectric and magnetoresistive properties of the СexMn1-xS semiconductors / S. S. Aples- nin, M. N. Sitnikov, O. B. Romanova, A. Yu. Pichugin // Phys. Status Solidi B. 2016. Vol. 253. P. 1771–1781.Aplesnin S. S. Nonadiabatic interaction of acoustic phonons with spins S=1/2 in the two-dimensional Heisenberg model. JETP. 2003, Vol. 97, P. 969–977.Aplesnin S. S. Nonadiabatic interaction of acoustic phonons with spins S=1/2 in the two-dimensional Heisenberg model // JETP. 2003. Vol. 97. P. 969–977.Aplesnin S. S. Influence of spin–phonon coupling on the magnetic moment in 2D spin-1/2 antiferromagnet. Phys. Lett. A. 2003, Vol. 313, P. 122–125.Aplesnin S. S. Influence of spin–phonon coupling on the magnetic moment in 2D spin-1/2 antiferromagnet // Phys. Lett. A 2003. Vol. 313. P. 122–125.Aplesnin S. S. Quantum spin liquid in an antiferromagnet with four-spin interactions. Phys. Solid State. 1997, Vol. 39, P. 1246–1250.Aplesnin S. S. Quantum spin liquid in an antiferromagnet with four-spin interactions // Phys. Solid State 1997. Vol. 39. P. 1246–1250.Jarrige I., Yamaoka H., Rueff J.-P. et al. Unified understanding of the valence transition in the rare-earth monochalcogenides under pressure. Phys. Rev. B. 2013, Vol. 87, P. 115107.Unified understanding of the valence transition in the rare-earth monochalcogenides under pressure / I. Jarrige, H. Yamaoka, J.-P. Rueff et al. // Phys. Rev. B 2013. Vol. 87. P. 115107.Sousanis A., Smet P. F., Detavernier C. et al. Stability of switchable SmS for piezoresistive applications. IEEE Nanotechnology Materials and Devices Conference (NMDC). Toulouse, France, 2016.Stability of switchable SmS for piezoresistive applications / A. Sousanis, P. F. Smet, C. Detavernier et al. // IEEE Nanotechnology Materials and Devices Conference (NMDC), Toulouse, France, 2016.Kitagawa R., Takebe H., Morinaga K. Photoinduced phase transition of metallic SmS thin films by a femtosecond laser. Appl. Phys. Lett. 2003, Vol. 82, P. 3641–3643.Kitagawa R., Takebe H., Morinaga K. Photoinduced phase transition of metallic SmS thin films by a femtosecond laser // Appl. Phys. Lett. 2003. Vol. 82. P. 3641–3643.Aplesnin S. S., Romanova O. B., Ryabinkina L. I., Kharkov A. M. et al. Magnetic properties of SmxMn1-xS solid solutions. Phys. Status Solidi B. 2011, Vol. 248, P. 1975–1978.Magnetic properties of SmxMn1-xS solid solutions / S. S. Aplesnin, O. B. Romanova, L. I. Ryabinkina, A. M. Kharkov et al. // Phys. Status Solidi B 2011. Vol. 248. P. 1975–1978.