Магнітооптичні ефекти в напівмагнітних напівпровідниках на основі телуриду ртуті

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЧЕРНІВЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. ЮРІЯ ФЕДЬКОВИЧА

УДК 621.315.592

Магнітооптичні ефекти в напівмагнітних напівпровідниках на основі телуриду ртуті

01.04.10 - фізика напівпровідників і діелектриків

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

Федів Володимир Іванович

Чернівці 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі фізичної електроніки Чернівецького державного університету ім.Ю.Федьковича

Захист відбудеться “ 24 ” березня 2000 року о 1500 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 76.051.01 при Чернівецькому державному університеті ім.Ю Федьковича за адресою: 58012, м.Чернівці, вул. Коцюбинського,2.

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці Чернівецького державного університету ім. Ю.Федьковича (вул.Л.Українки, 23)

Автореферат розісланий “ 23 ” лютого 2000 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради М.В. Курганецький

фарадеївський кристал магнітний

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Протягом двох останніх десятиріч значну увагу та зацікавленість дослідників викликають напівмагнітні напівпровідники (НМН), які займають проміжне положення між звичайними та магнітними напівпровідниками. Наявність у складі НМН магнітної компоненти (3d або 4f елементів) призводить до виникнення аномальних явищ, які відсутні у звичайних напівпровідниках з аналогічною енергетичною зонною структурою. До таких характерних явищ, у першу чергу, відносяться значне підсилення зеєманівського розщеплення зонних і екситонних станів та гігантський ефект Фарадея. Встановлено, що механізмом, відповідальним за ці магнітооптичні ефекти, є обмінна взаємодія між делокалізованими магнітними моментами зонних s, p - електронів (дірок) і локалізованими спінами d-електронів магнітної компоненти. Серед матеріалів, в яких базовими є бінарні сполуки АІІВVI, а в якості магнітної компоненти виступає марганець, найбільш вивчені тверді розчини Cd1-xMnxTe. Саме в них вперше були виявлені гігантські ефекти Зеємана та Фарадея, і ці кристали стали своєрідним прототипом всього класу НМН. У той же час для глибшого розуміння властивостей НМН і з'ясування загальних закономірностей у процесах взаємодії зонних носіїв з магнітними іонами та магнітних іонів між собою є розширення цього класу речовин шляхом створення нових об'єктів, зокрема за рахунок твердих розчинів на основі телуриду ртуті, таких, як трьохкомпонентні напівпровідники Hg1-xMnxTe та чотирьохкомпонентні Сd1-x-yHgxMnyTe, Zn1-x-yHgxMnyTe. На відміну від широкозонних трьохкомпонентних твердих розчинів Cd1-xMnxTe, Zn1-xMnxTe, в НМН на основі HgTe є можливість змінювати енергетичну щілину практично від нульового значення і тим самим підключати до розгляду безщілинні та вузькощілинні напівпровідникові матеріали.

Крім доцільності вивчення нових НМН з точки зору отримання інформації фундаментального характеру, незаперечним є прикладний аспект таких досліджень. Унікальні магнітооптичні ефекти в НМН (зокрема в CdMnTe) уже знаходять практичне застосування в сенсорах магнітного поля, оптичних вентилях, магнітооптичних модуляторах. Очевидно, що впровадження НМН на основі HgTe дозволять значно розширити спектральний діапазон функціонування цих пристроїв.

Таким чином, магнітооптичні дослідження НМН на основі телуриду ртуті доцільні та актуальні з точки зору глибшого розуміння процесів обмінної взаємодії в цьому класі матеріалів та розширення можливостей їх практичного використання.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дослідження, результати яких висвітлені в дисертації, виконані у відповідності з темами науково-дослідної роботи кафедри фізичної електроніки Чернівецького державного університету ім.Ю.Федьковича: “Дослідження процесів росту кристалів, структури дефектів і електронних явищ у складних напівпровідниках на основі А2В6 і А4В6 ” (№ держреєстрації 01860060721), “Напівмагнітні напівпровідники і прилади на їх основі” (№ держреєстрації 0193U027500).

Метою роботи є експериментальне дослідження магнітооптичних ефектів Фарадея і Фогта в НМН на основі HgTe в широкому інтервалі температур і магнітних полів та визначення на їх основі параметрів зонної структури, характеристик спінової обмінної взаємодії за участю електронної та магнітної підсистем і розширення можливостей використання таких матеріалів в оптоелектронних пристроях.

Для досягнення цієї мети вирішувались такі задачі:

1. Дослідження спектрів фарадеївського обертання (ФО) кристалів Cd1-xMnхTe, Hg1-xMnxTe, Zn1-x-yHgxMnyTe та Cd1-x-yHgxMnyTe в залежності від вмісту магнітної компоненти, температури та напруженості магнітного поля.

2. Вивчення фазового переходу парамагнетик-спінове скло в кристалах Hg1-xMnxTe та Zn1-x-yHgxMnyTe за даними дослідження низькопольової температурної залежності ФО в області гелієвих температур.

3. Виявлення особливостей магнітопольової залежності ФО НМН у надсильних магнітних полях з величиною напруженості до 4 МЕ.

4. Дослідження ефекту Фогта в НМН на основі HgTe з метою виявлення аномалій в спектральній, температурній та магнітопольовій залежностях фогтівського фазового зсуву.

5. Вивчення можливостей практичного використання досліджуваних НМН в якості магнітоактивних елементів магнітооптичних пристроїв.

Наукова новизна одержаних результатів роботи полягає у тому, що вперше:

1. Виявлено гігантське підсилення ефектів Фарадея і Фогта в чотирьохкомпонентних НМН Zn1-x-yHgxMnyTe, Cd1-x-yHgxMnyTe та визначено величини констант s,p-d обмінної взаємодії та інтегралу d-d обмінної взаємодії.

2. На основі дослідження температурної залежності ФО встановлено існування фази спінового скла у твердих розчинах Hg1-xMnxTe,
Zn1-x-yHgxMnyTe та проведена оцінка температури фазового переходу парамагнетик-спінове скло.

3. Виявлено аномалії температурної залежності величини фогтівського фазового зсуву в НМН в інтервалі 80-300К, які пояснюються впливом s,p-d обмінної взаємодії на заселеність рівнів, що відповідають -- переходам.

4. Показано, що величина кута ФО в надсильних магнітних полях до 4МЕ визначається впливом діамагнітної підсистеми.

5. Встановлено квадратичний характер магнітопольової залежності фогтівського фазового зсуву в НМН Zn1-x-yHgxMnyTe, Cd1-x-yHgxMnyTe.

Практичне значення одержаних результатів полягає у тому, що розроблені магнітооптичні методики можуть бути використані для визначення зонних параметрів та констант обмінної взаємодії інших матеріалів з класу НМН. Встановлено перспективність використання четверних НМН на основі телуриду ртуті в фарадеївських елементах волоконно-оптичних датчиків магнітного поля, оптичних вентилях та магнітооптичних модуляторах.

Особистий внесок здобувача. У наукових працях [1,2,4,5,9,12-14] експериментальні дослідження та співставлення їх результатів з теоретичними розрахунками виконані автором особисто або при його безпосередній участі. У [3,6-8,10,11] автор брав участь в обробці результатів та їх обговоренні. Основні положення та висновки дисертації належать її автору.

Апробація результатів роботи. Основні результати дисертації доповідались та обговорювались на : The First International Conference on Material Science of Chalcogenide and Diamond-Structure Semiconductors (Chernivtsi, 1994), International schools conferences “Physical problems in material science of semiconductors (Chernivtsi, 1995, 1997), 10th International Conference on Ternary and Multinary Compounds (Stuttgart, 1995), XXV International School on Physics of Semiconducting Compounds “Jaszowiec `96” (Jaszowiec, 1996), 8th International Conference on II-VI Compounds (Grenoble, 1997), 11th International Conference on Ternary and Multinary Compounds (Salford, 1997), European Materials Research Society Spring Meeting EMRS - 98 (Strasbourg, 1998), 2nd European Conference on Magnetic Sensors and Actuators EMSA-98 (Sheffield, 1998), наукових семінарах кафедри фізичної електроніки.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 14 наукових праць, список яких наведено в кінці автореферату.

Структура і об'єм дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків та списку літератури із 102 джерел. Робота викладена на 133 сторінках друкованого тексту, ілюстрована 52 рисунками і містить 4 таблиці.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність вибраної теми дисертації, сформульовані мета та основні завдання роботи, її наукова новизна та практична цінність, подано короткий зміст розділів, а також відомості про апробацію та особистий внесок здобувача.

Перший розділ має оглядовий характер. У ньому наведено результати досліджень з магнітооптики, отримані для НМН на основі HgTe. Відзначена малочисельність робіт з магнітооптики для даного класу матеріалів, а також те, що магнітооптичні дослідження чотирьохкомпонентних твердих розчинів знаходяться на початковому етапі. Відмічено, що магнітооптичний ефект Фогта в НМН, на відміну від ефекту Фарадея, практично не вивчався. Підкреслюється ключовий вплив спінових обмінних взаємодій типу s,p-d та d-d на появу нових особливостей у магнітооптичних характеристиках НМН у порівнянні із звичайними напівпровідниками. Вказується на важливість та інформативність дослідження магнітооптичних ефектів в НМН.

У другому розділі описані методики експериментальних досліджень.

Синтез кристалів багатокомпонентних твердих розчинів (потрійних - Cd1-xMnxTe, Hg1-xMnxTe та четверних - Zn1-x-yHgxMnyTe та Cd1-x-yHgxMnyTe) проводився шляхом сплавлення вихідних компонент із наступним вирощуванням монокристалів модифікованим методом Бріджмена.

Магнітооптичні установки були сконструйовані таким чином, що при їх незначній модифікації вимірювання можна проводити як в конфігурації Фарадея, так і в конфігурації Фогта. Базовими елементами цих установок є серійні монохроматори МДР-3, МДР-23, електромагніт СП-58Б, надпровідний соленоїд, імпульсний магніт. В якості поляризаторів і аналізаторів монохроматичного випромінювання використовувалися призми Рошона і Волластона.

Умовно діапазони напруженостей магнітних полів, які застосовувалися, можна розділити на чотири:

1) слабкі стаціонарні поля (50-500)Е, які створювались невеликими мідними соленоїдами;

2) середні стаціонарні поля (0,5-60)кЕ, які створювались електромагнітом СП58-Б і надпровідним соленоїдом;

3) сильні імпульсні магнітні поля з величиною напруженості до 250кЕ, які генерувалися шляхом розряду батареї конденсаторів через невеликий соленоїд;

4)надсильні магнітні поля, які створювались завдяки стисненню циліндричною детонаційною хвилею магнітного поля, згенерованого розрядом конденсаторних батарей.

Необхідність проведення дослідів у слабких магнітних полях обумовлені можливістю спостереження в досліджуваних кристалах такого магнітного стану, як спінове скло. При цьому з методичної точки зору значно полегшувалося дослідження ФО в залежності від температури, оскільки можна було скористатися звичайним терморегульованим оптичним гелієвим кріостатом. Під час проведення низькотемпературних досліджень використовувались оптичні гелієві кріостати та система УТРЕКС, які забезпечували стабілізацію та вимірювання температури з точністю до 0,1К.

Дослідження магнітооптичних ефектів у НМН при низьких температурах в середніх магнітних полях виконувались за допомогою азотного кріостату, який фіксувався вертикально в щілині електромагніту СП - 58 Б. Для гарантування необхідного теплового контакту кріплення зразка було жорстким. Температуру зразка вимірювали термопарою Cu-Fe-Au.

Спектральні ширини щілин в експериментах не перевищували 0,1 нм. Установка дозволяла вимірювати відносні зміни інтенсивності світла І/І10-4, що відповідає куту ФО 0,0028 град. Аналогічна зміна інтенсивності світла в геометрії Фогта складала І/І10-3, а відповідний фогтівський фазовий зсув дорівнював 0,01 град.

У третьому розділі наведені результати оригінальних експериментальних досліджень ефекту Фарадея в НМН на основі телуриду ртуті. Розглядаються різні аспекти прояву ефекту Фарадея в широкозонних НМН: Hg1-xMnxTe з вмістом Mn (х=0,4; 0,5), Zn1-x-yHgxMnyTe та Cd1-x-yHgxMnyTe, на основі детального дослідження особливостей спектральної, концентраційної, магнітопольової і температурної залежностей ФО в порівнянні їх з відповідними результатами, отриманими при вивченні НМН Cd1-xMnxTe та бінарних напівпровідників CdTe i ZnTe.

Для кількісної характеристики ефекту Фарадея в різних матеріалах використовувалась константа Верде [1], яка визначає питомий кут ФО, тобто кут F при одиничному полі та одиничному шляху проходження випромінювання в матеріалі:

, (1)

де V - константа Верде, H - величина напруженості прикладеного магнітного поля, d - товщина зразка, F - кут фарадеївського обертання.

При дослідженні спектральної залежності НМН відмічена зміна знаку обертання площини поляризації у порівнянні із звичайними напівпровідниками, що обумовлено відповідним переходом від діамагнітного стану (для ZnTe) до парамагнітного стану (для Zn0,1Hg0,5Mn0,4Te). Одночасно відбувається збільшення константи Верде за абсолютною величиною, що є проявом гігантського ефекту Фарадея, який виникає внаслідок обмінної взаємодії між делокалізованими магнітними моментами вільних носіїв (s-електронів зони провідності, p-дірок у валентній зоні) та локалізованими спіновими моментами магнітних іонів Mn2+. Відмічена узгодженість ділянки різкого зростання величини константи Верде з енергетичним положенням краю фундаментального поглинання кристалів. Встановлено, що на відміну від досліджуваних трьохкомпонентних НМН, де при збільшенні концентрації Mn край зсувається в бік коротших довжин хвиль, в чотирьохкомпонентних НМН можна досягти зворотного зсуву. Так, наприклад, порівнюючи спектральну залежність константи Верде для Cd0,75Mn0,25Te та Cd0,45Hg0,3Mn0,25Te, можна відзначити, що в чотирьохкомпонентному твердому розчині спостерігається різке зростання величини константи Верде на ділянці більших довжин хвиль. Слід відмітити, що можливість збільшення концентрації магнітних іонів Mn2+ у чотирьохкомпонентних матеріалах, не змінюючи спектральної області використання, досягається зміною вмісту атомів ртуті. Це є важливим для практичного використання чотирьохкомпонентних НМН на основі HgTe.

При порівнянні спектральної залежності кута ФО при різних температурах зроблено висновок, що величина ефекту Фарадея зумовлена намагніченістю підсистеми парамагнітних іонів Mn2+.

Для аналізу спектральної залежності кута ФО в чотирьохкомпонентних НМН з великим вмістом Mn при кімнатній температурі використане таке співвідношення [1]:

, (2)

де Р - постійна, що складає 35 Кград/Есм і не залежить від матеріалу; N0?, N0? - константи обмінної взаємодії; 0 - феноменологічний параметр, який залежить від матеріалу і вмісту Mn, 0=550К; Т - температура; h - енергія фотонів; Eg - ширина забороненої зони, у - вміст магнітної компоненти.

Вираз (2) отримано в так званій одноосциляторній моделі [1]. Встановлено, що він підходить для описання спектрів ФО на невеликій спектральній ділянці, поблизу краю поглинання (1,3-1,55 еВ), де особливо відчутний вплив екситонних переходів. При більших енергіях фотонів спостерігається розбіжність експериментальних і теоретичних даних, що, можливо, обумовлено неоднорідністю кристалу. Про це свідчать проведені нами співставлення експериментальної кривої V(E) для Zn0,1Hg0,5Mn0,4Te з теоретичними розрахунками. Величина забороненої зони (Еg = 1,7еВ) була оцінена із досліджень краю поглинання. Для оцінки констант обмінної взаємодії паралельно проводились дослідження магнітопоглинання, на основі якого визначено, що No = - 1,2±0,2 еВ.

Встановлено, що аномалiї спектральної залежностi ФО є загальними для всього класу досліджуваних НМН і визначаються такими основними факторами:

- сильною спін-спіновою обмінною взаємодією між зонними електронами і електронами локалізованими на іонах Mn2+ (s,p-d обмінна взаємодія);

- великою намагніченістю підсистеми іонів Mn2+.

Температурна залежність константи Верде визначається поведінкою намагніченості магнітної підсистеми та температурним зсувом краю поглинання. Екстраполюючи дані для інверсного ФО як функцію від температури, отримали значення температури Кюрі-Вейса 0 =380К. Згідно виразу

, (3)

де kB - стала Больцмана, S=5/2 у випадку для іона Mn2+ [2], знаходимо константу обмінної взаємодії між іонами Mn2+ JNN/kB= - 5,4 ± 0,5 К.

Дослідження температурної залежності ФО в НМН є цікавим з точки зору дослідження магнітних станів, у яких може перебувати НМН у широкому інтервалі температур. Відомо, що високотемпературна фаза є парамагнітною. Для низьких температур характерний магнітний стан, який за багатьма ознаками названий спіновим склом. Поведінка спінового скла пояснюється сумісними ефектами недонасичення (фрустрації) антиферомагнітних взаємодій між магнітними іонами Mn2+ і випадковим розміщенням іонів [3]. При вимірюванні температурної залежності ефекту Фарадея у слабкому магнітному полі встановлено існування переходу парамагнетик-спінове скло для чотирьохкомпонентних НМН Zn1-x-yHgxMnyTe. Така поведінка якісно подібна до поведінки трьохкомпонентних НМН типу . На рис.1 відображені результати дослідження температурної залежності константи Верде у НМН Hg0,6Mn0,4Te, Zn0,1Hg0,5Mn0,4Te при низьких температурах. Точка перегину кривої дозволяє оцінити температуру спінового замороження Tf. Визначена величина Tf=16±2K для твердого розчину Zn0,1Hg0,5Mn0,4Te узгоджується з попередніми даними для Zn1-xMnxTe [1] i Hg1-xMnxTe [4].

При порівнянні цих даних з фазовим переходом в стан спінового скла для трьохкомпонентного твердого розчину Hg1-хMnхTe з ідентичним складом Mn, відмічено, що для чотирьохкомпонентного твердого розчину перехід відбувається при нижчій температурі. Це можна пов'язати із збільшенням простору для антиферомагнітних взаємодій у гранецентрованій гратці між іонами Mn2+ внаслідок заміни атомів ртуті атомами цинку. Очевидно, наявність атомів Hg у гратці призводить до збільшення температури фазового переходу парамагнетик-спінове скло.

Однією з важливих характеристик НМН, на основі якої можна зробити висновок про перспективність практичного застосування кристалів, є залежність величини кута ФО від величини індукції магнітного поля. На рис.2 показано магнітопольову залежність ФО в Zn1-x-yHgxMnyTe при кімнатній температурі та температурі рідкого гелію. При низьких температурах та сильних полях чітко виражений ефект насичення ілюструє в цілому бріллюенівську поведінку намагніченості. При кімнатній температурі домінуючою є лінійна залежність ФО від величини напруженості магнітного поля, яка є типовою для діамагнетиків.

При надсильних магнітних полях у матеріалі Cd0,57Mn0,43Te спостерігалось зменшення кута ФО. Це пояснюється тим, що внесок парамагнітної підсистеми у величину кута ФО сталий, що зумовлено існуванням повного вишикування спінів ізольованих іонів Mn2+ вздовж напрямку магнітного поля, при постійному збільшенні внеску діамагнітної підсистеми. При певній величині напруженості магнітного поля спостерігалась тенденція до зменшення кута ФО, тому що внесок діамагнітної підсистеми за абсолютною величиною переважає внесок парамагнітної підсистеми.

На основі проведених експериментів слід зазначити:

1) важливість магнітооптичних характеристик досліджуваних матеріалів для практичного застосування;

2) можливість досягнення зсуву спектральної області, в якій використовуються НМН, у довгохвильову область при збільшенні концентрації магнітних іонів та незначному збільшенні концентрації атомів ртуті;

3) можливість використання досліджуваних матеріалів у спектральній області (>800нм), в якій не можна застосовувати потрійні тверді розчини Cd1-xMnxTe.

Новий перспективний матеріал Zn1-x-yHgxMnyTe запропоновано використовувати як магнітоактивний елемент у датчиках магнітного поля і в оптичних ізоляторах.

Спектральні діапазони використання досліджуваних матеріалів у фарадеївських елементах магнітооптичних пристроїв відображено на рис.3.

В четвертому розділі описані результати дослідження ефекту Фогта в Cd1-xMnxTe, Zn1-xMnxTe, Hg1-xMnyTe, Zn1-x-yHgxMnyTe, Cd1-x-yHgxMnyTе.

Вперше досліджуючи ефект Фогта в трьохкомпонентних твердих розчинах Cd1-xMnxTe, спостерігали значне підсилення ефекту Фогта, особливо для зразка з найбільшою серед досліджуваних кристалів концентрацією Mn. Встановлено, що різке зростання величини фазового зсуву корелює з енергетичним положенням краю поглинання відповідних зразків, тому всі дослідження ефекту Фогта обмежувалися спектральною областю поблизу фундаментального краю.

Для кількісного аналізу фогтівського фазового зсуву, за аналогією з константою Верде для ефекту Фарадея, використовувалась константа [5]

, (4)

де - фазовий зсув.

Виявлене гігантське значення ефекту Фогта в досліджуваних НМН пояснюється існуванням у цих матеріалах сильної обмінної взаємодії між делокалізованими магнітними моментами вільних носіїв та локалізованими спіновими моментами магнітних іонів. При цьому слід відмітити однаковість знаку фогтівського фазового зсуву для НМН і звичайних напівпровідників, що пояснюється прямо пропорційною залежністю ефекту Фогта від квадрату напруженості магнітного поля. З рис.4. видно, що найбільша величина ефекту Фогта виявлена в кристалах Hg1-xMnxTe. Це пояснюється залежністю величини обмінної взаємодії від ступеня перекриття хвильових функцій електронів.

Із зниженням температури спостерігалось збільшення абсолютного значення фогтівського зсуву, що вказує на залежність його величини від намагніченості підсистеми парамагнітних іонів Mn2+, тобто ступінь підсилення фогтівського зсуву в НМН визначається величиною намагніченості підсистеми парамагнітних іонів.

Для трьохкомпонентного твердого розчину Cd0,75Mn0,25Te встановлено, що при зниженні температури від 300К до 80К фогтівський зсув збільшувався на два порядки (рис.5), на відміну від змін величини кута ФО в тому ж температурному інтервалі. Пояснюється це тим, що дані магнітооптичні ефекти залежать від відносної заселеності рівнів, між якими відбуваються переходи. У роботі [5] відмічається, що за дисперсію показника заломлення складової Е--Н відповідають--переходи, а суперпозиція -±-переходів визначає дисперсію показника заломлення Е-Н, де Е - вектор напруженості електричного поля випромінювання, що проходить через систему поляризатор-зразок-аналізатор. Можна припустити, що при фогтівській конфігурації зниження температури призводить до суттєвого впливу обмінної взаємодії на відносну заселеність рівнів, які відповідають --переходам, а це, в свою чергу, збільшує дисперсію показника заломлення Е-.

Проведені теоретичні розрахунки спектральної залежності фогтівського зсуву з використанням рівняння для одноосциляторної моделі [5] :

, (3)

де F0 - параметр, який включає сили осциляторів переходів; М - величина намагніченості; gMn = 2; В - магнетон Бора; Е = h

Згідно з цим рівнянням, пропорційне до . Для енергії фотонів біля краю зони на величину в основному впливає зміна знаменника даного виразу. Якщо обмежитись величиною енергії фотонів випромінювання поблизу краю фундаментального поглинання, то, щоб показати залежність ? від Е, необхідно побудувати залежність (Е3/?)2/5 від Е2 для різних температур. На рис.6 зображена така залежність для зразків Cd0,79Hg0,07Mn0,14Te та Cd0,75Mn0,25Te, відповідно. Їх лінійність вказує на домінуючу роль екситонних переходів в ефекті Фогта для досліджуваних НМН.

Отримана магнітопольова залежність для досліджуваних матеріалів в інтервалі температур 80-300К вказує на прямо пропорційну залежність ефекту Фогта від квадрату намагніченості, що узгоджується з даними [5] для Cd1-xMnxTe в інтервалі температур 5-70К.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

1. Аналіз ефекту Фарадея в кристалах Hg1-xMnxTe, Zn1-x-yHgxMnyTe, Cd1-x-yHgxMnyTe показав, що аномаліям його спектральної, концентраційної, температурної залежностей відповідають риси, що є загальними для всього класу НМН. Для вперше досліджуваного матеріалу Zn1-x-yHgxMnyTe визначено величину обмінних констант sp-d обмінної взаємодії та обмінного інтегралу d-d обмінної взаємодії N0(?-?) = -1,25eB та JNN/kB = - 5,4±0,5K, відповідно.

2. При порівнянні експериментальних даних для трьохкомпонентних та чотирьохкомпонентних НМН з теоретичними розрахунками згідно одноосциляторної моделі встановлена переважаюча роль екситонних переходів в ефектах Фарадея та Фогта. Показано, що поведінка ефектів Фарадея та Фогта при зміні температури та величини напруженості магнітного поля визначається поведінкою парамагнітної підсистеми іонів Mn2+.

3. На основі досліджень низькопольової температурної залежності ФО в області гелієвих температур виявлено підвищення температури фазового переходу парамагнетик-спінове скло при збільшенні вмісту Mn в трьохкомпонентних або Hg у чотирьохкомопонентних твердих розчинах, що пояснюється природою спінового скла. Визначено, що температура фазового переходу становить Тf=19±2К; 21±2К - для кристалів Hg1-xMnxTe (х=0,4; 0,5) та Тf=16±2К - для кристалів Zn1-x-yHgxMnyTe (х=0,5; у=0,4).

4. При дослідженні магнітопольової залежності фогтівського фазового зсуву в інтервалі температур 70-300К у твердих розчинах
Zn1-x-yHgxMnyTe, Cd1-x-yHgxMnyTe, Hg1-xMnxTe, Cd1-xMnxTe встановлено його прямо пропорційну залежність від квадрату величини намагніченості. У надсильних магнітних полях (до 4 МЕ) в НМН Cd1-xMnxTe виявлена тенденція до зменшення величини кута фарадеївського обертання внаслідок домінуючого впливу діамагнітної підсистеми CdTe.

5. Вперше виявлено різке збільшення величини фогтівського фазового зсуву в кристалах Cd1-xMnxTe при зниженні температури в інтервалі (300-80)К, що можна пояснити впливом обмінної взаємодії на відносну заселеність рівнів, які відповідають --переходам.

6. НМН на основі телуриду ртуті Zn1-x-yHgxMnyTe, Cd1-x-yHgxMnyTe, Hg1-xMnxTe запропоновано використовувати як матеріали для магнітоактивних елементів у волоконно-оптичних датчиках магнітного поля та оптичних ізоляторах.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ ВИКЛАДЕНІ В НАСТУПНИХ ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Савчук A.Й., Фрасуняк В.М., Федів В.І. Ефект Фарадея в напівмагнітних напівпровідниках Hg1-xMnxTe // Матеріалознавство алмазоподібних і халькогенідних напівпровідників, І Міжнародна науково-технічна конференція, тез.доп.,Україна.Чернівці.-1994.-Т.1.-С.127.

2. Савчук А.Й., Фрасуняк В.М., Федив В.И. Эффект Фарадея в магнитных полупроводниках Hg1-xMnxTe // Неорганические материалы.- 1995.-Т.31, №10.- С.1351-1353.

3. Gavaleshko M.P., Frasunyak V.M., Orlecky I.G., Fediv V.I. Obtaining and some properties of HgZnMnTe semimagnetic semiconductors // International School Conference ” Physical problems in material science of semiconductors ”, Ukraine, Chernivtsi. 1995.- P.316.

4. Frasunyak V.M., Fediv V.I. Magnetic and magneto-optical properties of Hg1-x-yZnxMnyTe crystals //XXV International School on Physics of Semiconducting Compounds “Jaszowiec 96”, Poland.-1996.-P.33.

5. Savchuk A.I., Ulyanitskiy K.S., Fediv V.I., Nikitin P.I., Nikitin S. Magneto-optical Voigt effect in semimagnetic semiconductor ZnMnTe // J.Cryst.Res.Technol..-1996.-V.31.-P.597-600.

6. Savchuk A.I., Fediv V.I., Nikitin P.I., Perrone A., Tatzenko O.M., Planonov V.V. High-field Faraday rotation in II-VI-based semimagnetic semiconductors // 8th International Conference on II-VI Compounds, Grenoble, France.- Abstracts.- 1997.-Th-P67.-P.304.

7. Homiak V.V., Solonchuk L.S., Savchuk O.A., Stolyarchuk I.D., Ulianitskiy K.S., Fediv V.I. High-field Faraday rotation in Co-based semimagnetic semiconductor // Second International School-Conference “Physical problems in material science of semiconductors”: Abstract. 8-12 of September, Chernivtsi, Ukraine.- 1997, P.187.

8. Nikitin P.I., Savchuk A.I., Stolyarchuk I.D., Fediv V.I., Ulyanit-
skiy K.S. Peculiarity of exhibition of magnetic interactions in quaternary semimagnetic semiconductor Cd1-х-уHgхMnуTe // 11th International Conference on Ternary and Multinary Compounds: Abstract. 8-12 September 1997.-Salford, UK.- P. P2.139.

9. Savchuk A.I., Ulyanitskiy K.S., Fediv V.I., Nikitin P.I., Nikitin S. Magneto-optical Voigt effect in Semimagnetic Semiconductor ZnMnTe // 10th International Conference on Ternary and Multinary Compounds: Abstract. 19-22 of September 1995.- Stuttgart.- P. 10B.1.

10. Savchuk A.I., Fediv V.I., Nikitin P.I., Perrone A., Tatzenko O.M., Platonov V.V. High-field Faraday rotation in II-VI based semimagnetic semiconductors // J.Crystal Growth.- 1998.- V.184/185.- P.988-991.

11. Nikitin P.I., Savchuk A.I., Stolyarchuk I.D., Fediv V.I., Ulyanit-
skiy K.S. Peculiarity of exhibition of magnetic interactions in quaternary semimagnetic semiconductor Cd1-x-yMnxFeyTe // Inst. Phys. Conf. Ser.-1997.- No.152.- P.895- 898.

12. Savchuk A.I., Fediv V.I., Frasynuak V.M., Stolyarchuk I.D., Nikitin P.I. Enhancement of magnetoopticaleffects in ZnHgMnTe solid solutions // European Materials Research Society Spring Meeting E-MRS '98: Abstract. 16-19 June, Strasbourg, France.- 1998.- P.C-17.

13. Savchuk A.I., Medynskiy S.V., Stolyarchuk I.D., Fediv V.I., Frasunyak V.M., Nikitin P.I., Nikitin S.I. Growth and investigation of ZnHgMnTe crystal for magnetic field sensor // 2-nd European Conference EMSA-98: Abstract 13-15 July, Sheffield, UK.- 1998.- P.54.

14. Savchuk A.I., Fediv V.I., Frasunyak V.M., Stolyarchuk I.D., Nikitin P.I. Enhancement of magnetooptical effects in ZnHgMnTe solid solutions // J.Crystal Growth.-1999.-V.197.-P.698-701.

Список цитованої літератури.

1. Furdyna J.K. Diluted magnetic semiconductors // J.Appl.Phys.- 1988- Vol.64, N 4, P.R29-R64.

2. Bartholomew D.U., Furdyna J.K., Ramdas A.K. Interband Faraday rotation in diluted magnetic semiconductors: Zn1-xMnxTe and Cd1-xMnxTe // Phys.Rev.B.-1986.-V.34, No.10.-P.6943-6950.

3. Samarth N. and Furdyna J.K. Diluted magnetic semiconductors // Proc. IEEE. - 1990. - Vol.78, №6. - P.990-1003.

4. Полумагнитные полупроводники: Пер с англ. / Под. ред. Я. Фурдины, Я. Косута. - М.: Мир, 1992,- 496с.

5. Eunsoon Oh., Bartolomev D.U., and Ramdas A.K. Voigt effect in diluted magnetic semiconductors: Cd1-xMnxTe and Cd1-xMnxSe // Phys.Rev.B.- 1991.-V.44.- P.10551-10558.

Размещено на Allbest.ru