WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 12 Электронный парамагнитный резонанс соединений Cd1-xMnxTe и Zn1-xMnxTe © Я. Партыка, П.В. Жуковский, П. Венгерэк, А. Родзик, Ю.В. Сидоренко, Ю.А. Шостак Люблинский технический университет, 20-618 Люблин, Польша Белорусский государственный университет, 220050 Минск, Белоруссия (Получена 14 мая 2002 г. Принята к печати 3 июня 2002 г.) Методом электронного парамагнитного резонанса исследованы полумагнитные соединения Cd1-x MnxTe (0 < x < 0.7) и Zn1-x Mnx Te (0 < x < 0.53) при температурах 77 и 300 K. Обнаружено, что в Zn1-x MnxTe существуют 2 типа парамагнитных центров, один из которых связывается с ионами Mn2+, а второй — с дефектами структуры кристаллов.

1. Введение Для соединений Zn1-xMnxTe различные методики исследования показывают аномалии в области малых концентраций Mn. Например, в спектрах катоСоединения AIIMnBVI относятся к числу разбавлендолюминесценции линия, связанная с переходом зона ных магнитных полупроводников, в которых магнитные ионы Mn2+ случайным образом размещаются в полупро- проводимости–валентная зона, начинает изменять свое положение только при x > 0.1 [16].

водниковой матрице AIIBVI, замещая ионы II группы [1].

Тройная природа этих соединений дает возможность Исследования, проведенные в работах [7,8], позвоизменять параметры структуры, а следовательно, и лили установить, что в материалах Cd1-xMnx Te и свойства за счет изменения концентрации переходноZn1-xMnxTe в большой концентрации существуют дего металла. Число иx интересных свойств, особенно фекты, которые влияют на макроскопические параметры магнитных и оптических, определяет их применение кристалла, такие как диэлектрическая проницаемость и в микро- и оптоэлектронике.

ширина запрещенной зоны.

Соединения AIIBVI характеризуются смешанной ионПрисутствие в кристаллах дефектов создает нерегуной и ковалентной связью [1]. Независимо от приролярность в их окружении. Эта нерегулярность может ды связи спины электронов, осуществляющих связь, изменить спаривание спинов связывающих электронов спарены, и суммарный спин электронов равен нулю.

и тем самым привести к появлению парамагнитных Поэтому совершенное соединение AIIBVI, свободное от свойств дефектного кристалла.

дефектов, является диамагнитным. Введение третьей Цель настоящей работы заключалась в определении магнитной компоненты определяет парамагнетизм данвлияния дефектной подсистемы на парамагнитные свойныx материалов. Присутствие локализованных магнитства соединений Cd1-xMnxTe и Zn1-xMnx Te.

ных ионов в этих соединениях приводит к особенИсследование спектров ЭПР соединений Cd1-xMnx Te ным спин-спиновым взаимодействиям между sp-зонными и Zn1-xMnx Te проводилось спектрометром Varian на электронами и d-электронами, связанными с ионами микроволновой частоте 9.3 ГГц с частотой модуляции Mn2+, а следовательно, к очень большим зеемановским магнитного поля 100 кГц. Измерения проводились на расщеплениям электронных уровней, зонных и примесмонокристаллических образцах, выращенных методом ных, а также внутриионных, между d-электронами Mn.

Бриджмена в диапазоне концентраций для Cd1-xMnx Te Следствием этого является значительное уширение ли(0 < x < 0.7) и Zn1-xMnx Te (0 < x < 0.53) при темнии поглощения электронного парамагнитного резонанпературах 77 и 300 K. Регистрировалась первая проса (ЭПР) с ростом концентрации Mn.

изводная линии поглощения ЭПР. Поглощенная энерИсследование магнитных свойств соединений гия пропорциональна полному числу неспаренных элекCd1-xMnxTe и Zn1-xMnxTe уже проводилось методом тронов в исследуемом образце. Число парамагнитных ЭПР. Для соединения Cd1-xMnx Te наблюдалась электронов рассчитывалось из сравнения спектров ЭПР одиночная бесструктурная линия, ширина которой увеисследуемого и эталонного образцов.

личивалась с ростом концентрации переходного металла Ширина линии резонанса H определялась как раси понижением температуры. Это обусловлено спинстояние между значениями магнитного поля, в которых спиновым взаимодействием и увеличением внутренних первая производная линии поглощения достигает миниполей [2,3]. В спектрах ЭПР Zn1-xMnx Te при малых мальной и максимальной величины.

концентрациях Mn наблюдается одиночная линия [4], а при высоких концентрациях Mn наблюдалось 2 линии — Величина g-фактора определялась из сравнения знаширокая и наложенная на нее узкая линия [5]. чения индукции магнитного поля H0, соответствующего Электронный парамагнитный резонанс соединений Cd1-x Mnx Te и Zn1-xMnx Te Параметры линий электронного парамагнитного резонанса Cd1-xMnx Te, измеренных при температурах 77 и 300 K H, Гс (300 K) H, Гс (77 K) № x образца широкая узкая широкая узкая 1 0.15 240 Не наблюдается 350 Не наблюдается 2 0.2 310 Не наблюдается 520 Не наблюдается 3 0.30 660 Не наблюдается 2100 4 0.50 1410 Не наблюдается 4975 5 0.51 1320 160 4425 6 0.52 1320 Не наблюдается Измерения не проводились 7 0.7 2150 180 Измерения не проводились 8 0.7 2390 Не наблюдается 6325 9 0.7 2275 165 Измерения не проводились 10 0.7 2300 Не наблюдается Измерения не проводились максимуму линии поглощения, со спектром эталонного содержание парамагнитных центров, определяющих шиобразца MgO : Mn. Регистрация спектров образца и эта- рокую линию ионов Mn2+, намного больше, чем центров лона проводилась одновременно.

другого типа, приводящих к появлению узкой линии.

Например, для x = 0.30 при 77 K значения амплитуд двух линий практически совпадают, а ширины линий 2. Результаты и обсуждение резонанса существенно различаются и составляют соответственно 2100 и 215 Гс. Это означает, что кон2.1. Соединение Cd1-x MnxTe центрация неспаренных электронов взаимодействующих Измеренные нами спектры ЭПР образцов ионов Mn2+ примерно в 100 раз больше, чем конценCd1-xMnxTe характеризуются широкой линией во всем трация центров, приводящих к появлению узкой линии исследованном диапазоне температур и концентраций, поглощения, т. е. концентрация этих центров составляла которая связывается со спиновыми взаимодействиями около 0.003.

между ионами Mn. В некоторых образцах в области концентраций x 0.3 появляется узкая спектральная линия, которая накладывается на широкую линию поглощения ЭПР (далее будем называть широкая и узкая линии), см. рис. 1. Эта вторая линия появляется при положении, соответствующем g 2. Узкая линия полностью отделяется от широкой в образцах с высокой концентрацией Mn (x 0.5) и при низких температурах. Необходимо отметить, что узкая линия нерегулярно появляется в образцах с одинаковой или близкой концентрацией ионов переходного металла (см. таблицу). Как видно из таблицы, узкая линия регистрируется при комнатной температуре в одном из трех образцов с концентрацией атомов Mn около 0.50 и в двух из четырех образцов с концентрацией 0.70. Узкая линия регистрируется также в образцах № (x = 0.30), № 4 (x = 0.50) и № 8 (x = 0.70) при температуре 77 K, когда ширина линии ионов Mn2+ значительно увеличивается по сравнению с комнатной температурой. Это означает, что концентрация центров, обусловливающих узкую линию в этих образцах, значительно меньше, чем в образцах № 5 (x = 0.51) и №7, №9 (x = 0.70), в которых узкая линия видна и при комнатной температуре.

Рис. 1. Спектры ЭПР соединений: Cd1-x Mnx Te, 1 —образец Из сравнения параметров H (ширина линии) и I №5 (x = 0.51), 2 —образец №6 (x = 0.52), 3 —образец (амплитуда), измеренных для узкой и широкой линий ре- №7 (x = 0.7), 4 —образец №8 (x = 0.7); Zn1-x MnxTe, зонанса, видно, что в образце Cd1-xMnxTe при x = 0.30 5 —образец c x = 0.7.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 1434 Я. Партыка, П.В. Жуковский, П. Венгерэк, А. Родзик, Ю.В. Сидоренко, Ю.А. Шостак В работе [5] для объяснения второй, узкой линии в материалах Zn1-xMnxTe предложена кластерная модель, согласно которой в силу флуктуаций концентрации Mn возникают два типа кластеров — больших размеров с концентрацией Mn, близкой к x, и малых —c низкой концентрацией Mn. С первыми связана широкая линия ЭПР, а со вторыми — узкая. Эта же модель может быть применена и к исследованным нами материалам Cd1-xMnxTe. Нерегулярное появление узкой линии и изменение ее интенсивности в образцах Cd1-xMnxTe с одинаковой или близкой концентрацией Mn свидетельствует, по нашему мнению, о том, что малые кластеры вызваны не только статистическими флуктуациями концентрации, что привело бы к наблюдению узкой линии во всех образцах с x = 0.20. Отсутствие этой линии Рис. 2. Значения g-фактора широкой линии и относительной в некоторых образцах c x = 0.5 может быть обуслов- концентрации парамагнитных центров N в спектрах ЭПР соединений Zn1-x Mnx Te в зависимости от концентрации атомов лено выравниванием в них статистических флуктуаций марганца x; температура измерения T = 300 K.

в процессе роста кристаллов. Таким образом, отсутствие узкой линии ЭПР может свидетельствовать о более высокой однородности этих образцов.

2.2. Соединение Zn1-x MnxTe Образцы Zn1-xMnx Te, как и Cd1-xMnx Te, характеризуются широкой линией во всем исследованном диапазоне температур и концентраций. При x > 0.в Zn1-xMnx Te появляется вторая, узкая линия, которая накладывается на широкую (см. рис. 1).

На рис. 2, 3 представлены следующие параметры, определенных нами из ЭПР спектров: g-фактор, ширина линии резонанса H и относительная концентрация парамагнитных электронов N как функции концентрации атомов Mn в исследуемых образцах Zn1-xMnxTe.

Рис. 3. Ширина линии поглощения ЭПР H в соединении Исследования спектров ЭПР Zn1-x MnxTe проводились Zn1-x Mnx Te в зависимости от концентрации атомов маргани другими авторами, и их результаты можно найти в раца x; температура измерения T = 300 K. 1 — эксперименботах [4,5]. Наша работа отличается от вышеупомянутых тальные результаты, полученные нами; 2 — результаты [4];

исследований в трех аспектах: во-первых, проведены 3 — результаты [5]; 4 — H согласно формуле (5); 5 — H исследования для большого числа образцов, содержасогласно формуле (6).

щих различные концентрации атомов Mn; во-вторых, с большей точностью определены значения g-фактора;

в-третьих, определены относительные концентрации парамагнитных электронов в исследованных образцах. мы парамагнетизма соединений Zn1-x MnxTe является В работах [4,5] значения H определены с точностью, наблюдаемый нами факт, что основные характеристики близкой к нашей. Они представлены на рис. 3 вместе со этого явления в области концентраций Mn x < 0.1 пракзначениями, полученными нами. Из рисунка видно, что тически не зависят от содержания атомов переходного значения H для четырех концентраций x, приведенных металла. Как видно из рис. 2, для концентраций x 0.в [4], и для двух концентраций x из [5] согласуются число неспаренных электронов линейно растет вместе с зависимостью H(x), наблюдаемой нами. с ростом концентрации Mn. Это можно легко объяснить, Из рис. 2, 3 следует, что для соединения Zn1-x MnxTe если принять во внимание, что Mn в соединениях можно выделить 2 области изменения спектров ЭПР Zn1-xMnxTe находится в форме ионов Mn2+. Каждый в зависимости от концентрации Mn. К первой области такой ион содержит парамагнитный электрон, который можно отнести образцы с содержанием атомов Mn участвует в ЭПР поглощении. При концентрациях Mn x < 0.1. Для этой группы основные параметры сигнала x < 0.1 (рис. 2) концентрация парамагнитных элекЭПР практически не зависят от концентрации атомов тронов значительно превосходит концентрацию ионов Mn. Для образцов с x = 0.1 g-фактор, H и концентра- Mn2+. Это означает, что при x < 0.1 в соединении ция парамагнитных электронов N существенно изменя- Zn1-xMnxTe помимо ионов Mn2+ существуют парамагются вместе с ростом x. Ключом к пониманию пробле- нитные центры, не связанные с ионами Mn.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Электронный парамагнитный резонанс соединений Cd1-x Mnx Te и Zn1-xMnx Te Ширина резонансной линии, связанной с ионами может быть объяснено следующим образом. В исслеMn2+, существенно зависит от температуры образца T дованных соединениях Zn1-xMnx Te существуют 2 тии от содержания Mn в образце. В этом случае темпера- па парамагнитных центров. Один из них связывается турная зависимость может быть записана в виде [4] с парамагнетизмом ионов Mn2+. Присутствие ионов Mn2+ определяет парамагнитные свойства соединений H = H(1 + /T ), (1) Zn1-xMnxTe для x > 0.10, а именно линейный рост концентрации неспаренных электронов, рост H шигде H — ширина линии при T, = +, p d рокой линии поглощения и уменьшение значения ее — температура Кюри–Вейса для парамагнетика, p g-фактора (рис. 2, 3). Для этой области концентраций — спиновая температура.

d применима модель двух типов кластеров, предложенная Величина H определяется следующими факторами, в [5]: большие кластеры обусловливают широкую линию приведенными в [4]:

ЭПР ионов Mn2+, малые — узкую, наблюдаемую как в работе [5], так и в нашей работе.

DM di H = H + Hp + ( H) +( H), (2) Парамагнитные центры второго типа, по нашему мнению, не связаны непосредственно с ионами Mn2+ и DM di где H и Hp — вклад взаимодействий Дзялоопределяют магнитные свойства кристаллов с области шинского–Мория (DM) и дипольного соответственно x < 0.1. Основным фактором, свидетельствующим о нав расширение линии при T ; ( H) и ( H) — личии такого типа парамагнитных центров, является то, поправки на ширину линии при учете спин-орбитального что концентрация неспаренных электронов при x < 0.спаривания ионов Mn и при учете анизотропии единичзначительно превосходит концентрацию ионов Mn2+ ных ионов соответственно.

(рис. 2), а ширина линии H и g-фактор не зависят от x На основании представленных в [4] расчетов мы пре(рис. 2, 3).

di небрегаем компонентами Hp и ( H) вследствие их малого влияния на конечное значение — менее 2% от значения H. Оставшиеся 2 компоненты имеют следу- 3. Заключение ющую зависимость от концентрации x атомов Mn [4]:

Сравнение результатов исследования ЭПР образцов x DM Cd1-xMnx Te и Zn1-x MnxTe позволило установить, что H = f (D1; J1) (3) x + 0.в соединениях Zn1-xMnx Te парамагнитные свойства определяются двумя типами парамагнитных центров.

и x Первый тип центров связан с наличием в соединениях ( H) = f (; D1; D 1; J1), (4) ионов Mn2+, что приводит к появлению в спектрах x + 0.ЭПР широкой и узкой линий при x = 0.20. Второй тип где — диэлектриеская восприимчивость, D1 —анипарамагнитных центров приводит к появлению узкой зотропная обменная постоянная, D 1 — дополнительная линии ЭПР при x < 0.10. Мы предполагаем, что второй DM постоянная спин-орбитального спаривания, J1 — тип центров связан с дефектами структуры соединеизотропная обменная постоянная.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.