Динаміка спінових систем та мікрохвильове поглинання в напівпровідниках та низькоомних твердих розчинах

Размещено на http://www.allbest.ru/

ІНСТИТУТ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ

НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора фізико-математичних наук

ДИНАМІКА СПІНОВИХ СИСТЕМ ТА МІКРОХВИЛЬОВЕ ПОГЛИНАННЯ В НАПІВПРОВІДНИКАХ ТА НИЗЬКООМНИХ ТВЕРДИХ РОЗЧИНАХ

КОНЧИЦЬ АНДРІЙ АНДРІЙОВИЧ

УДК 537.311.33; 538.222

01.04.10 - фізика напівпровідників і діелектриків

Київ - 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті фізики напівпровідників

Національної Академії Наук України

Науковий консультант: доктор фізико-математичних наук, професор

Іщенко Станіслав Степанович

Інститут фізики напівпровідників НАН України,

провідний науковий співробітник.

Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук, професор, член-кореспондент НАН України Шейнкман Мойсей Ківович,

Інститут фізики напівпровідників НАН України, завідувач відділення;

доктор фізико-математичних наук, професор

Третяк Олег Васильович

Київський національний університет імені Тараса Шевченка, завідувач кафедри;

доктор фізико-математичних наук

Брик Олександр Борисович

Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України, головний науковий співробітник

Провідна установа:

Інститут фізики Національної Академії Наук України, відділ магнітних явищ, м. Київ

Захист відбудеться 31 травня 2002 р. о 1415 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.199.02 при Інституті фізики напівпровідників НАН України за адресою: Київ 03028, проспект Науки 45.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту фізики напівпровідників НАН України за адресою: Київ 03028, проспект Науки 45.

Автореферат розісланий " 27 " квітня 2002 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради доктор фізико-математичних наук Іщенко С.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Атоми, іони і молекули, що мають неспарований спін, утворюють у твердих тілах так звані спінові системи, які відіграють важливу роль у формуванні їхніх фізичних властивостей, у першу чергу магнітних та електричних. Як приклад, можна навести напівпровідники та структури на їхній основі, де парамагнітні домішки і дефекти (точкові та протяжні) у більшості випадків є головним чинником впливу на основні характеристики матеріалу. Спінові системи стали також основою багатьох сучасних технічних пристроїв і, оскільки сучасна мікроелектроніка усе більш переходить на атомно-молекулярний рівень, їх значення в цьому плані продовжує зростати. Прямими і найбільш ефективними методами вивчення спінових систем є магніторезонансні методи, розвиток і застосування яких розпочався з відкриттям Є.К. Завойским у 1944р. явища електронного парамагнітного резонансу (ЕПР). Аналіз літератури свідчить, що дотепер більшість досліджень по ЕПР присвячено вивченню статичних властивостей спінових систем - з'ясуванню природи і мікроструктури парамагнітних центрів (ПЦ) у кристалічних і аморфних твердих тілах, визначенню їх концентрації і симетрії локального оточення, опису спектрів резонансного електромагнітного поглинання і т.ін.

На відміну від статики динаміка вивчає фізичні явища, які виникають під впливом факторів, що викликають відхилення спінових систем від рівноваги. У результаті з'являється можливість вивчати як динамічний відгук спінових систем, так і характер їхньої релаксації після припинення дії збуджуючих факторів. Проблеми спінової динаміки є актуальними як у розумінні фундаментальних досліджень (унікальні можливості реалізації негативної температури, ефекту обернення часу і т.ін.), так і для вирішення прикладних задач. Останнє зумовлено тим, що саме динамічні властивості спінових систем відіграють важливу роль як у реалізованих на цій основі технічних пристроях (лазери, мазери, магніто - резонансні томографи, усілякі датчики випромінювань), так і в перспективних розробках, таких, наприклад, як квантові комп'ютери. Фактично розвиток спінової фізики переходить сьогодні в іншу якість, породжуючи нову прикладну галузь - спінову електроніку (спінтроніку), де динамічні властивості спінових систем (наприклад, швидкість спінової релаксації) є найчастіше більш важливими, чим статичні. У той же час дослідження спінової динаміки є поки що відносно нечисленними, що зумовлено як експериментальними, так і теоретичними труднощами вивчення динамічних властивостей систем. Усе вищесказане визначає актуальність проблеми, що розглядається в дисертації - динаміка спінових систем у напівпровідниках та інших твердотільних об'єктах в умовах визначальної ролі носіїв струму. Просторовий рух носіїв у таких системах приводить, зокрема, до прояву спін-залежних процесів носій-домішковіх взаємодій (НДВ), які істотно впливають на електричні та магнітні властивості даного широкого класу матеріалів. Вивчення процесів і механізмів НДВ важливо не тільки з фундаментальної, але і з прикладної точок зору, оскільки вони в значній мірі визначають чутливість сучасних методів електричного та оптичного детектування магнітних резонансів. До моменту початку роботи над дисертацією широкий науковий напрямок - дослідження спін-залежних явищ у напівпровідниках, - тільки зароджувався і перспективи таких досліджень були не зовсім зрозумілі. Особливістю підходу до проблеми в даній дисертації є застосування нестаціонарних методик ЕПР, що дозволило реалізувати пряме і “розділене в часі” спостереження спінових систем локальних і делокалізованих ПЦ та детально аналізувати процеси і механізми їхньої взаємодії у твердих тілах.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. В основу дисертації покладено результати досліджень, виконаних відповідно основним науковим напрямкам діяльності Інституту фізики напівпровідників НАН України та згідно з розпорядженнями Президії НАН України і постановами Бюро Відділення фізики й астрономії НАН України:

Дослідження методами радіоспектроскопії локальних характеристик дефектів у напівпровідникових та діелектричних кристалах з метою керування властивостями матеріалів та покращення їхньої технології (1986-1990р.р., НАН України, № держреєстр. 01860074063);

Розробка та вдосконалення засобів отримання об'ємних та тонкоплівкових нелегованих зразків ВТНП на основі Y-Ba-Cu-O. Виявлення впливу ультразвукової обробки на їхні властивості (1987-1990 р.р., НАН України, № держреєстр. 0012902);

Дослідження методами магнітних резонансів домішок та дефектів у напівпровідниках, напівпровідникових структурах та діелектриках (1990 -1994 р.р., НАН України, № держреєстр. 0193U030348);

Мікрохвильова спектроскопія нових і перспективних матеріалів (1995 -1999 р.р., НАН України, № держреєстр. 0195U010995);

Взаємозв'язок об'ємних та поверхневих структурних особливостей фулеритів з їхніми оптичними та магніторезонансними властивостями (1995-1999 р.р., НАН України, № держреєстр. 0195U024513);

Радіоспектроскопія і оптико-магнітні дослідження напівпровідникових та діелектричних матеріалів, перспективних для опто- та квантової електроніки (2000-2002 р.р., НАН України, № держреєстр. 0100U000113);

проекту 4.4.323 Фонду фундаментальних досліджень ДКНТ України “Дослідження механізмів водневого окрихчення сталей та розробка фізичних основ конструювання водневостійких сталей”. Шифр “Водень” (1997-2000 р.р.); а також:

проекту INTAS-97 N 30961 (1997-2000 р.р.); проекту STCU N641 “Nitrogen steels for aerospace industry” (1998-2000 р.р.); проекту INTAS No. 00-761 “Novel carbon-based composite nanomaterials chemically produced from carbides” (2001-2003 р.р.).

Мета і задачі досліджень. Об'єктом досліджень, результати яких наведені в дисертації, є процеси взаємодії мікрохвильового випромінювання зі спін-активним конденсованим середовищем, а предметом досліджень є особливості динаміки парамагнітних систем і магнітні взаємодії у твердих тілах за наявності носіїв струму. Метою досліджень було виявлення природи нових динамічних явищ, індукованих взаємодіями спінових систем локальних і нелокальних центрів у напівпровідниках та низькоомних твердих розчинах, та механізмів їхнього впливу на мікрохвильовий відгук, магнітні та електричні властивості цих матеріалів.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні задачі:

1. Докладно вивчити процеси і механізми спін-залежної взаємодії між фотозбудженими носіями струму та локальними домішковими центрами в монокристалах кремнію, а також проаналізувати їхній вплив на процеси спін-граткової релаксації та спін-залежної рекомбінації.

2. Комплексно дослідити процеси формування термічних дефектів у кисеньвміщуючому кремнії, вивчити природу їхньої електричної і парамагнітної активності та зв'язку між електронними станами в об'ємі напівпровідника з тими, що належать низьковимірним дислокаційним структурам.

3. Встановити взаємозв'язок між процесами поступової аморфізації поверхні кремнію під дією іонного бомбардування та динамікою спінової системи парамагнітних дефектів. Вивчити особливості механізмів спін-фононної взаємодії в аморфному матеріалі.

4. Вивчити особливості взаємодії спінових систем вільних та локалізованих електронів в умовах виродження електронного спектру (3-d розчини) та вплив цих процесів на магнітну сприйнятливість та інші характеристики. Визначити роль водню в динаміці магнітних властивостей 3-d сплавів та дослідити процеси його десорбції.

5. Встановити особливості механізмів мікрохвильового відгуку та його динаміки у напівпровідникових надгратках PbTe-PbS і монокристалах RBa2Cu3O7-x при наявності переходу цих систем у стан надпровідності.

6. Вивчити природу парамагнітних центрів у нових вуглецевих матеріалах (фулерит С60, композит С60: Er, алмазоподібні плівки). Виявити взаємозв'язок між умовами синтезу, структурою та фазовим складом цих матеріалів, та динамікою їх спінових систем. Визначити особливості спінової динаміки у тонких плівках.

7. Створити та доопрацювати комплекс апаратури для вивчення резонансних та нерезонансних мікрохвильових властивостей матеріалів у широкому діапазоні магнітних полів та температур.

Наукова новизна одержаних результатів. У результаті комплексних досліджень динамічних явищ, індукованих спіновими системами в провідних твердотільних матеріалах вперше отримано такі наукові результати:

1. Виявлено новий фізичний ефект - індукована спін-залежними процесами захоплення носіїв спінова орієнтація локальних центрів у напівпровідниках. З'ясовано природу ефекту і механізми його реалізації для стабільних і метастабільних спінових станів. На підставі аналізу процесів орієнтації уперше визначено ряд характерних динамічних параметрів цих систем.

2. Встановлено природу двох типів парамагнітних термодефектів (один з них - Si-nК центри - виявлено вперше) у кисеньвміщуючому кремнії. У ньому вперше виявлено новий тип сигналів резонансного мікрохвильового поглинання - електродипольний спіновий резонанс (ЕДСР) - та з'ясовано його природу, пов'язану з особливостями руху електронів у низьковимірних структурах.

3. Виявлено та описано нові типи сигналів динамічного відгуку в монокристалах YBa2Cu3O7-x і надгратках PbTe-PbS. Встановлено природу сигналів, зумовлену переходом цих систем у стан надпровідності (для надграток (НГ) PbTe-PbS - дислокаційно-індуковану).

4. Вперше встановлено зв'язок між умовами осадження, фазовим складом і величиною внутрішніх напружень в алмазоподібних плівках та динамікою парамагнітної системи, пов'язаної з дефектами. Виявлено механізм впливу водню на концентрацію дефектів за рахунок зниження внутрішніх напружень у плівках. Виявлено та описано кореляцію між структурними змінами в плівці (a-C) чи на поверхні напівпровідника (кремній) під дією іонного бомбардування. Вперше для аморфних матеріалів у a-C плівках виявлено ефект анізотропії g-фактора і показано його зв'язок з особливостями диполь-дипольної взаємодії в тонких плівках.

5. У твердих розчинах 3d елементів виділено три типи парамагнітних підсистем (електрони провідності, локалізовані спінові моменти і суперпарамагнітні кластери), характер взаємодії між якими визначає температурні залежності g-фактора сигналу ЕПР та магнітної сприйнятливості матеріалу. Виявлено і пояснено кореляцію між процесами десорбції міжвузельного водню в 3-d сплавах і динамікою сигналів феромагнітного резонансу, з аналізу якого визначені параметри десорбції. У сплавах NiMnGa з магнітною пам'яттю форми вперше встановлено зв'язок між значеннями коефіцієнтів магнітної анізотропії, концентрацією вільних носіїв і величиною ефекту магніто-індукованої деформації.

6. З'ясовано природу основного типу парамагнітних дефектів у фулериті С60 і вперше синтезованому композиті С60: Er, пов'язану з присутністю катіонів-радикалів С60+. У композиті виявлена незвичайна динаміка властивостей спін-системи C60+ при низьких температурах, обумовлена її взаємодією з підсистемою Er3+. Остання вказує на розтягнутий по температурі фазовий перехід у феромагнітний стан, індукований за рахунок суперобміну з лігандними молекулами С60.

Практичне значення одержаних результатів. Практичне значення дисертації полягає в наступних її результатах:

1. Сукупність результатів по динаміці спінових систем і носій-домішкових взаємодій у кристалічних та аморфних напівпровідниках робить істотний внесок у формування наукового напрямку - спін-залежні явища в напівпровідниках. Вони можуть використовуватися для опису явищ спін -залежного переносу і розробки основ конструювання технічних пристроїв на цьому принципі.

2. Результати дослідження термодефектів у кисеньвміщуючому кремнії є значним внеском у розуміння процесів термічного дефектоутворення в напівпровідниках. Їхнє практичне значення пов'язане з розвитком методів термічного і радіаційного керування електричними властивостями напівпровідників.

3. Встановлені кореляції між мікроструктурою алмазоподібних плівок і характеристиками парамагнітних систем дефектів у них дозволяють оптимізувати технологічні параметри осадження плівок.

4. Цикл робіт по динаміці сигналів мікрохвильового відгуку в умовах надпровідності є істотним внеском у розвиток наукового напрямку - мікрохвильова діагностика надпровідників. Використання радіоспектроскопічних методів надає нові можливості, пов'язані з їхньою високою чутливістю до виявлення зародків надпровідної фази в матеріалі, наявності “слабких” зв'язків і т.ін.

5. Дослідження ЕПР і спінової динаміки в системах з виродженим електронним станом (3d - сплави) мають практичну спрямованість як з точки зору удосконалення їхніх механічних, магнітних та електричних властивостей, так і для розробки новітніх магніто-механічних перетворювачів (актуаторів).

6. Виявлення ряду нових фізичних ефектів розширює наукові і методичні можливості постановки нових фізичних експериментів у даній галузі знань - радіоспектроскопії конденсованого стану.

Особистий внесок здобувача. У дисертаційній роботі узагальнені результати досліджень, виконаних автором самостійно [32-33] та у співавторстві [1-31, 34-40]. У роботах, які ввійшли в дисертацію, автору належить ініціатива в постановці задач та особиста участь у їх вирішенні, розробці експериментальних методик, визначальна роль в аналізі результатів та оформленні публікацій. Усі нові експериментальні ефекти, представлені в дисертації, виявлені і досліджені автором. У роботах [1, 3-7, 11, 17-19, 38-40] методики експерименту, увесь експериментальний матеріал і висновки по ньому належать автору, у [2, 6, 9, 34-37] йому належить методика експерименту, основна частина експериментального матеріалу та його аналіз, у [8, 10] ним отримано та проаналізовано матеріал по ЕПР і ЕДСР, у роботах [12-16, 20-29, 30-31] автору належить експериментальний матеріал, що відноситься до спінової динаміки. Усі без винятку результати, що стосуються спін-граткової релаксації, отримані автором особисто.

Апробація результатів дисертації. Зміст різних розділів дисертації доповідався та обговорювався на вітчизняних і міжнародних конференціях, нарадах, симпозіумах, семінарах:

Всесоюзному симпозіумі з магнітного резонансу (Таллін, 1983), 2-й, 3-й і 4-й Всесоюзних нарадах по ОДМР у твердих тілах (Телаві, 1983, Київ, 1985, Таллін, 1987), Всесоюзних семінарах: Аморфний кремній та інші А4 (Ленінград, 1982, 1983, 1984), 7-й Міжнародній конференції по іонній імплантації (Вільнюс, 1983), Міжнародній конференції: Іонна імплантація в напівпровідниках (Балатонліга, Угорщина, 1985), 1-й і 2-й Всесоюзних конференціях по ВТСП (Харків, 1988, Київ, 1989), Семінарі: “Надпровідники з високими температурами переходу” (Донецьк, 1988), Міжнародній конференції з тонких ВТНП плівок (Рим, 1991), 14-й Міжнародній конференції з кріогенної електроніки (Київ, 1992), Міжнародній конференції з вузькозонних напівпровідників (Соутгемптон, Великобританія, 1992), AMPERE Workshop (Познань, Польща, 1994), Міжнародному семінарі з нелінійних оптичних матеріалів (Будапешт-Балатон, Угорщина, 1996), 22-й Міжнародній конференції з фізики низьких температур (Хельсінкі, Фінляндія, 1999), Міжнародній конференції MRS: Симпозіум U: Аморфний і наноструктурований вуглець (Бостон, США, 1999), 2-й Міжнародній конференції з аморфних і мікрокристалічних напівпровідників (Санкт-Петербург, Росія, 2000), Міжнародній конференції з наноструктурованих матеріалів (Рим, Італія, 2001).

Публікації. Зміст дисертації викладений у 40 публікаціях у наукових фахових виданнях, у тому числі: 26 статей у провідних спеціалізованих журналах, з них дві без співавторів, 2 статті в збірнику праць, 4 статті в працях конференцій, 2 препринти і 6 тез доповідей на конференціях.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, восьми розділів оригінальних досліджень (викладенню результатів досліджень у кожному розділі передує стисла оглядова частина з питань, які розглядаються, кожний розділ закінчується висновками), загальних висновків і списку використаних джерел. Дисертаційна робота вміщує 312 сторінок машинописного тексту, з яких 272 сторінки складають загальний обсяг дисертації, 107 рисунків, з яких 16 зображено окремо на 8 сторінках, інші вміщено в текст, 14 таблиць, вміщених у текст, список використаних джерел з 322 найменувань на 32 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

спіновий мікрохвильовий напівпровідник

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету і задачі досліджень, вказано зв'язок роботи з плановими завданнями інституту, наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, наведено відомості про особистий внесок здобувача, апробацію наукових результатів, публікації, структуру і обсяг дисертаційної роботи.

У першому розділі розглянуті особливості дефектоутворення (кінетика накопичення парамагнітних дефектів і динаміка спінової системи) при аморфізації поверхні кремнію за допомогою іонної імплантації та вивчено процес переходу від кристалічного стану до аморфного з ростом дози імплантованих іонів.

Досліджувалися тонкі пластини кремнію різних марок, опромінені іонами Ar+ і As+ (Е = 100 кеВ, D = 3ґ1012 ё3ґ1015 см-2). Після іонної імплантації в зразках спостерігається одиночна лінія ЕПР Лоренцевої форми з g = 2,0055, зумовлена обірваними єSiЧ зв'язками. Отримані характерні залежності концентрації ПЦ N, повної ширини лінії ЕПР DHpp і величини однорідного внеску в неї DHs (ширина спін-пакету) від дози імплантації D і температури вимірювання пояснені із застосуванням “полікристалічної” моделі, де роль хаотично орієнтованих мікрокристалів відіграють окремі аморфізовані області, що утворюються вздовж треків імплантованих іонів. При малих D парамагнітні дефекти зосереджені в ізольованих одна від одної аморфних областях, в яких ширина спінових пакетів визначається спільною дією диполь-дипольної та обмінної взаємодій і зменшується з ростом D, а лінія ЕПР в цілому залишається неоднорідно уширеною, оскільки виключена просторова спінова дифузія між окремими областями. З ростом D аморфні області починають перекриватися і з'являється спектральна дифузія в лінії ЕПР, що дає внесок у DHs. При Dі3ґ1015см-2 внесок спектральної дифузії стає домінуючим і лінія ЕПР поводить себе як однорідно уширена. Характерна дозова залежність N, що має максимум при певному значенні D, пояснена з урахуванням антиферомагнітного характеру обмінної взаємодії J між ПЦ, при якому частина центрів з великою J стає непарамагнітною.

На цих зразках методом імпульсного насичення виміряно швидкість спін-граткової релаксації (СГР) парамагнітних дефектів в інтервалі Т=1,8-300 К. Встановлено одноекспонентний характер відновлення намагніченості після імпульсного насичення. Знайдено, що швидкість СГР зростає з ростом концентрації ПЦ. З урахуванням цих фактів показано, що виявлений аномальний хід температурної залежності швидкості СГР не може бути пояснений за рахунок ефекту вузького фононного горла. Розглянуто два альтернативних механізми СГР, пов'язаних з наявністю як дворівневих тунельних станів, так і з термоактивованими “стрибками змінної довжини” локалізованих електронів. Показано, що при високих температурах більш ефективним є механізм спінової релаксації, обумовлений електронними стрибками.

Другий розділ присвячено дослідженню динаміки взаємодії двох спінових підсистем, одна з яких обумовлена локалізованими ПЦ, а інша - делокалізованими (фотозбуджені носії). Встановлено, що міжзонне неполяризоване світло, породжуючи вільні носії струму у напівпровіднику, суттєво впливає на спінові системи локальних центрів за рахунок ефективних механізмів спін-залежних носій-домішкових взаємодій (НДВ). Основними типами НДВ у кремнії є обмінне розсіювання носіїв та їх захоплення домішковими центрами. Виявлено новий фізичний ефект - спінова орієнтація локальних центрів, індукована спін-залежними процесами захоплення носіїв, що приводить, зокрема, до інверсії окремих компонентів спектру ЕПР. Характеристики ефекту детально вивчені на прикладі пар (Cr+ - B-)0 (S=5/2) у кремнії (рис.1). Показано, що ступінь орієнтації ПЦ визначається коефіцієнтом спін-залежного захоплення електронів a, який, в залежності від своєї природи, може бути як ізотропним (за рахунок різниці імовірностей захоплення в стани з j± =S±Ѕ), так і анізотропним. Для центрів (Cr+ - B-) виявлено істотну анізотропію ефекту, зумовлену еволюцією стану спінових систем, які знаходяться в динамічному контакті під дією локального поля. У момент зіткнення ЕП із ПЦ відбувається “перебудова” спінового гамільтоніану об'єднаної системи {ПЦ + ЕП}. Стани з j+ і j- змішуються оператором локального поля (сумарний момент j=S ± 1/2 системи не зберігається) і, внаслідок різної імовірності розпаду цих станів, виникає ефект спінової орієнтації. Він, по суті, пов'язаний з “включенням” індукованих переходів між енергетичними рівнями утвореної спільної системи під дією залежного від часу збурення, що виникає при наближенні ЕП до ПЦ. Цим збуренням виступає локальне поле, в якому знаходиться ПЦ. Теоретичний вираз для величин відхилення і-х спінових моментів di від рівноваги пропорційний константі локального кристалічного поля Qr, і ефект орієнтації має таку ж кутову залежність як і розщеплення спектру ЕПР у локальному кристалічному полі, що і спостерігається на експерименті. Наступне захоплення дірки замикає систему і, таким чином, створюється ефективний канал спін-залежної рекомбінації.

Рис. 1 Ефект спінової орієнтації пар (Cr+ - B-) у кремнії неполяризованим міжзонним світлом. а) - спектр ЕПР у темряві; b) - при підсвічуванні. Видно інверсію окремих компонент спектра. Праворуч показана схема спін-релаксаційних експериментів, на основі яких визначалися перетини захоплення електронів на центри Cr+ і (Cr+ - B-): с) - "випалювання дірки" у лінії ЕПР вузьким імпульсом НВЧ; d) - насичення всієї лінії широким імпульсом.

Процеси захоплення носіїв створюють також динамічний контакт між спін-системами носіїв струму і локальних ПЦ, що приводить до укорочення часу СГР останніх. Використовуючи даний факт, у дисертації запропоновано і реалізовано спосіб визначення низькотемпературних перерізів захоплення носіїв та знайдено переріз захоплення sr ЕП на ПЦ: ?r(Cr+) @ 4,9Ч10-12 см2 і ?r(Сr+-B-) @ 1,6Ч10-12 см2 при Т=4.2 К.

Із застосуванням нестаціонарних ЕПР-методик вивчено також механізм спінової орієнтації оптично збуджених метастабільних триплетних (S =1) станів радіаційних дефектів (Si - S1 - центрів) у кремнії. На основі аналізу широкого спектру динамічних характеристик центрів запропоновано модель утворення і розпаду триплетних станів. Показано, що нерівноважність спінових станів триплету зумовлена селективністю процесів їхнього розпаду зі збудженого триплетного в основний синглетний стан. Порівнюючи результати експерименту з теорією, визначено швидкість розпаду триплетних станів R @ 3,2ґ103 с-1 і показано, що температурно-залежні характеристики системи визначаються власними механізмами СГР триплетних центрів.

У третьому розділі досліджено динаміку взаємодіючих парамагнітних систем, що належать структурам з різною розмірністю. Вперше встановлено природу двох типів електрично активних парамагнітних дефектів, які формуються в результаті кластеризації кисню при відпалі зразків кисеньвміщуючого кремнію (Твідп@650° С). Походження одного з них - термодонорів ТД-II - пов'язано з локалізацією електронів на флуктуаціях кристалічного потенціалу, які виникають у місці розташування кисневих кластерів. Передбачувана моделлю залежність глибини залягання ТД-II від розмірів кластерів узгоджується з усім комплексом отриманих даних. Вперше виявлено новий тип парамагнітних термодефектів (Si-nК центри), зумовлених захопленням електронів на просторово обмежені квазідвомірні структури - дислокаційні диполі (ДД). Такі диполі виникають поблизу протяжних дефектів внаслідок релаксації пружних напружень. Встановлено, що рух електрона в потенціалі ДД внаслідок спін-орбітального зв'язку індукує переходи між спіновими підрівнями за рахунок електричної (E1) компоненти НВЧ поля, породжуючи новий тип резонансних сигналів - електродипольний спіновий резонанс. Відповідно, головні осі g-тензора Si-n центрів збігаються з осями ДД, а спостережувані на експерименті залежності інтенсивності і форми ліній ЕДСР пов'язані з орієнтацією E1 і повністю описуються теорією ЕДСР.

Виявлено, що резонансне ЕДСР поглинання корелює зі значним нерезонансним мікрохвильовим поглинанням (НМП) (див. рис. 3, праворуч), яке зумовлене НВЧ-провідністю зразків за рахунок термоактивованого стрибкового руху електронів вздовж дислокаційних диполів. З температурної залежності величини НМП у темряві (рис. 4, кр.1) визначена енергія активації стрибків електронів e1 @ 0,4 мэВ у вузькій Хаббардівській зоні, пов'язаній з дислокаційними станами. Виявлено різке зменшення сигналів ЕДСР і НМП при міжзонному підсвічуванні (негативна фотопровідність) (рис. 4, кр. 2) та вивчено кінетику їх спаду і поновлення при вмиканні-вимиканні підсвічування. Аналіз цих результатів показує, що електрони захоплюються на ДД з системи дрібних донорів ТД-II, переводячи ДД у електрично активний та парамагнітний (Si-nК центри) стан. Міжзонне підсвічування повертає електрони на ТД-II і відновлює їх сигнал ЕПР повністю або частково в залежності від швидкості термічної іонізації ТД-II. З даних кінетики цих процесів визначена глибина залягання найбільш мілких термодонорів Ei @ 17 меВ.

У четвертому розділі вивчення мікрохвильової динаміки, пов'язаної з дислокаціями, поширено на випадок надграток на основі напівпровідників PbTe-PbS. У таких НГ на границях шарів можуть виникати сітки дислокацій невідповідності, наявність яких кардинально змінює мікрохвильові властивості системи. У роботі вперше досліджено мікрохвильове поглинання на зразках НГ PbTe-PbS у вигляді тонких епітаксійних плівок, які складаються з Nі 10 шарів PbTe і PbS товщиною 15 і 16 nm відповідно, які чергуються ( НГ виготовлено А.Ю. Сіпатовим та А.І.Федоренко, ХПІ). Плівки осаджувались на підкладинці (001) KCl і при Т<10 К виявляли дислокаційно-індуковані надпровідні (НП) властивості. Знайдено, що в цих умовах величина зміни мікрохвильових втрат ¶Р/¶Н починає сильно залежати від температури, виявляючи максимум при Т@4,5 К, яка близька до критичної температури Тс НП переходу. Показано, що хід залежності ¶Р/¶Н від Т послідовно відбиває виникнення і посилення НП при зниженні температури. Магнітопольові залежності мікрохвильового поглинання виявляють ряд особливостей, що були детально вивчені і проаналізовані шляхом зіставлення результатів вимірів прямого (широкосмугового) мікрохвильового відгуку з фазочутливим детектуванням. Показано, що спостережена принципова зміна вигляду прямого відгуку з ростом амплітуди поля модуляції Hm зумовлена переходом від ситуації Hm<Н+ до випадку Hm>H+, де H* @ leff ЧJc - характеристичний параметр системи, leff і Jc - ефективна глибина проникнення та критичний струм, відповідно. При Hm<H* величина і знак екрануючих НП струмів Iекр (|Iекр|=Iс) визначаються, в основному, полем H0, а поле Hm лише незначно модулює його по величині, у той час як при Hm>H* саме поле модуляції “нав'язує” величину і знак Iекр,, і, відповідно, хід мікрохвильових втрат за період модуляції. Встановлено, що наявність вузьких компонентів сигналів відгуку поблизу H=0 пов'язана зі зменшенням величини критичного струму Ic з ростом Н внаслідок “вимикання” слабких зв'язків. Детально природа H* вивчена в умовах фазочутливого детектування, де був виявлений сигнал відгуку типу “гістерезисна петля” (реверс фази сигналу при незначному реверсі поля Н). Вивчено його характеристики при різних Т і Hm. Описано ефекти релаксації сигналу і поведінки стійких та нестійких його гілок при обертанні зразка. На основі всього комплексу даних природа і властивості сигналу типу “гістерезисна петля” пояснено в рамках концепції критичного стану Біна з врахуванням можливості реверса критичного стану поблизу поверхні зразка шляхом реверса поля Н. Параметр H* визначає мінімально необхідне поле реверса, і для НГ PbTe-PbS знайдено H* @ leff ґ Jc @0,23 Гс. Показано, що конкретний механізм НВЧ втрат є пов'язаним із протіканням струмів у системі джозефсонівських контактів, як ізольованих, так і включених у замкнені контури квантування. Релаксація (згасання) сигналу зумовлена зменшенням з часом градієнту густини магнітного потоку на периферії зразка і відповідним згасанням екрануючих струмів ±Iэкр= (1/m)ЧgradB.

У п'ятому розділі наведено результати досліджень динаміки мікрохвильового поглинання в монокристалах ВТНП типу RBa2Cu3O7-x (R=Y, Gd, Eu). Виявлено, що в багатьох зразках ВТНП при Т< Tc при досягненні деякої граничної величини поля НВЧ H1 виникають чітко періодичні по Н-полю сигнали НВЧ-поглинання (рис. 5). При збільшенні Н1 ці піки поглинання, залишаючись періодичними по Н, поступово розширюються і, перекриваючись, утворюють єдину основу НВЧ поглинання. З подальшим ростом Н1 на ньому з'являється нова серія піків поглинання меншої амплітуди, але з тією ж періодичністю (рис. 5б). Максимальна амплітуда піків поглинання збігається з розмахом сходинок на рис.5а. Зареєстровано безліч (до ста) ідентичних серій піків поглинання, які періодично змінюють один одного з ростом поля H1 так, що положення піків парних і непарних серій зсунуто на половину періоду по відношенню один до одного. Описані серії утворюють єдине сімейство, що характеризується однаковою періодичністю та однаковими орієнтаційними залежностями. Вивчено залежності амплітуди сигналів I і частоти їх повторення fє(DH)-1 від величини та орієнтації зовнішнього постійного поля Н і поля НВЧ H1. Знайдено, що f=f0Ч|cosq|, де f0 - максимальна частота, q - кут між Н і віссю с кристалу. Максимальні значення амплітуд I також досягаються при H|| H1 || c. Знайдено, що залежність огинаючої I(Н) має осцилюючий (з великим періодом dH) з поступовим спадом характер, який описується функцією типу sinx/x. З аналізу всього комплексу даних зроблено висновок, що в основі спостережуваного ефекту лежить квантова інтерференція за участю слабких джозефсонівських зв'язків, тобто, реалізується надпровідний квантовий інтерференційний детектор (НКВІД). Площина контуру квантування співпадає з площиною (ab) кристалів і зумовлена напрямками протікання надструмів, які найбільш ефективно екранують зовнішні магнітні поля, у той час як компонента екрануючого надструму вздовж осі c незначна. З отриманих даних знайдено ефективну площу контуру НКВІДа DS=(Ф0/DH0) @ 2ґ10-4 см2, яка відповідає ~ 0,1S (S - площа поверхні (ab) зразка, Ф0 = 2ґ10-7 ГсЧсм2 - квант магнітного потоку). Показано, що причиною утворення таких контурів може бути неоднорідний розподіл кисню, внаслідок чого області зі збідненим його змістом виявляються ненадпровідними та утворюють внутрішню частину контуру.

Вивчено динамічні особливості характеристик таких “природних” НВЧ- НКВІДів. На цій основі розвинуто методику безконтактних вимірів процесів релаксації потоку, за допомогою якої в цих же зразках досліджено релаксацію магнітного потоку в слабких магнітних полях Н @ 10 Гс. Виявлене відхилення закону спаду намагніченості в часі від логарифмічного, яке пояснено у припущенні про участь у процесах релаксації двох типів центрів пінінгу: “слабких”, що визначають початкову, близьку до експоненціальної, ділянку спаду намагніченості і “сильних”, що приводять за великі проміжки часу до “крипу” магнітного потоку за логарифмічним законом спаду. На основі цих даних отримано характеристику джозефсонівських контактів у “природних” НКВІДах JcЧ(Ra)2@2,7ґ10-6 АЧОм2 (Ra=¶U/¶J - динамічний опір надпровідника, Jc - критичний струм через контакт), яка близька до властивостей тунельних контактів епітаксійних плівок YBCO.

У шостому розділі розглянуто спінову динаміку в системах з високою рівноважною концентрацією носіїв на прикладі твердих розчинів 3-d елементів. Електрони провідності в 3-d сплавах забезпечують металевий тип зв'язку кристалічної гратки і, як наслідок, стан електронної підсистеми є в багатьох випадках визначальним у формуванні їх фізичних властивостей. Варіюючи елементний склад сплаву і концентрацію легуючих домішок (азот, вуглець та ін.), можна в широких межах змінювати властивості електронної підсистеми. Динаміка цих властивостей детально вивчена в даному розділі методами електронного парамагнітного і феромагнітного резонансів.

Інтенсивність сигналів спінового резонансу електронів провідності (СРЕП) містить внесок, пропорційний густині електронних станів на поверхні Фермі D(EF), що є фундаментальною характеристикою перехідних металів та їх сплавів. Для визначення величини D(EF), використовувалися температурні залежності інтенсивності і форми лінії СРЕП, у тому числі зміна параметра асиметрії R від температури. Температурний хід цих величин визначається в основному двома фізичними параметрами u=d/ds і w=d/de, де d-товщина зразка, ds-глибина скін-шару, de-довжина дифузії електрона за час його спін-граткової релаксації. Показано, що міжвузлеві домішки азоту і вуглецю істотно впливають на величину D(EF) і термодинамічну стабільність аустенітних сплавів. У порівнянні з вуглецем сплави з домішкою азоту характеризуються більшою величиною D(EF) і кращою термодинамічною стабільністю. Виділено три типи парамагнітних підсистем в аустенітах: електрони провідності з g- фактором gs=1,89 і сприйнятливістю Паулі; ізольовані локалізовані моменти (d-електрони) з gd=2,35 і сприйнятливістю Кюрі-Вейса; суперпарамагнітні кластери з магнітним моментом М, які утворюються внаслідок неоднорідного розподілу 3-d атомів у розчині. Характер взаємодії між ними визначає температурні залежності g-фактору сигналу СРЕП і магнітної сприйнятливості матеріалу, що дозволило розділити внески в D(EF) за рахунок s- і d-електронів. Визначено антиферомагнітний характер обмінної взаємодії s- і d-електронів і показано, що нелінійна за температурою поведінка магнітної сприйнятливості пов'язана з наявністю кластерів. Знайдено, що сприйнятливість Паулі cs0 в азотних зразках на порядок вища, а сприйнятливість Кюрі-Вейса cd1 на порядок нижче, ніж у вуглецевих зразках. Цей результат показує, що ріст електронної густини на поверхні Фермі в азотному аустеніті відбувається за рахунок зменшення густини локалізованих електронів. Отже, легування азотом збільшує внесок металевої компоненти в міжатомних зв'язках. Присутність водню в 3-d сплавах істотно впливає на їх механічні і магнітні властивості. Вперше показано, що водень ініціює новий сигнал феромагнітного резонансу, ширина якого визначається розсіюванням електронів на атомах водню. Встановлено кореляцію між процесами десорбції міжвузлевого водню і динамікою сигналу ФМР, з аналізу якої визначено енергію активації процесів міграції водню Еа=0,56±0,02 еВ.

Динаміка магніторезонансних сигналів (ФМР, СРЕП) у нестехіометричних сплавах Ni1-x-yMnxGay з магнітною пам'яттю форми (МПФ) показує різку трансформацію спектрів у процесі мартенситного переходу. Вперше показано, що сплави з великим ефектом МПФ характеризуються в цілому великими коефіцієнтами магнітної анізотропії першого (К1) і другого (К2) порядків, оскільки необхідний магнітний тиск на границі двійникування (механізм МПФ) відбувається завдяки різниці Зеєманівської енергії між двома варіантами двійника - (М1-М2)ЧН. При цьому велика величина К2 спостерігається тільки для зразків з високою МПФ. Висока концентрація вільних електронів також корелює з великим значенням магніто-індукованої деформації, впливаючи на рухливість границь двійникування та характер мартенситної трансформації.

Сьомий розділ присвячено дослідженню динаміки парамагнітних властивостей фулериту С60 і композиту С60:Er. Виміри проводилися стаціонарними і нестаціонарними методами ЕПР в інтервалі Т=1,7ё300 K. Використовувався порошкоподібний фулерит С60 з високим ступенем очищення (і 99,9%). У цих зразках спостерігалися сигнали ЕПР із g-фактором g=2,0023±0,0005, шириною лінії DНpp @1ё2 Гс при Т=300 К і концентрацією ПЦ N@5ґ1014ё5ґ1016 см-3. Встановлено, що природа парамагнітних центрів зумовлена власними дефектами, локалізованими в приповерхневому шарі окремих частинок у порошку фулериту, що являють собою обірвані єСЧ зв'язки частини молекул С60 - парамагнітні радикали С60+. Цей шар можна розглядати як полімеризовану і стабілізовану киснем фазу С60. Лінія ЕПР С60+ неоднорідно уширена (прямий доказ цього отримано шляхом “випалювання дірки” у лінії ЕПР) і складається з вузьких (~ 5Ч10-3 Гс) спін-пакетів, що свідчить про достатньо жорстку локалізацію спіну С60+. Показано, що спостережувана температурна залежність швидкості СГР може бути описана залежністю ((Т1)-1=А+ВТ2,5 при 1,7ЈТЈ15 К, і (Т1)-1µТ при Т>80 К) та зумовлена як власним механізмом СГР С60+ за рахунок обмінної взаємодії між парамагнітними центрами, так і впливом парамагнітного кисню, який присутній у розвакуумованих зразках порошкоподібного фулериту.

Виготовлено та досліджено новий матеріал - композит С60:Er, отриманий шляхом термобаричної обробки (тиск 8 ГПа при Т=1073 К) вихідної суміші 90 mol. % C60 + 10 mol. % Er2O3. Встановлено, що спостережувані в композиті ПЦ мають таку ж природу, як і у вихідному фулериті: молекули-радикали С60+. Виявлено аномальну поведінку сигналів ЕПР у композиті: різке зростання ширини лінії при низьких температурах і поява анізотропії величини резонансного поля вздовж та перпендикулярно площині тонкого зразка. Показано, що ці аномалії зумовлені взаємодією з підсистемою іонів Er3+. Остання демонструє розтягнутий по температурі фазовий перехід у феромагнітний стан. Встановлену температурну залежність намагніченості підсистеми Er3+ пояснено в рамках теорії феромагнетизму неупорядкованих матеріалів (рис. 6).

З порівняння теорії з експериментом визначено температуру Кюрі переходу Тс @ 7 К і енергію суперобмінної взаємодії між іонами Er3+ через лігандні молекули С60, яка складає J0 @ 20 меВ.

У восьмому розділі представлено результати дослідження динаміки парамагнітних властивостей і її зв'язку з мікроструктурою аморфних алмазоподібних плівок, отриманих різними засобами, у тому числі модифікованих за допомогою іонної імплантації. Вивчені ЕПР, КРС та електричні властивості твердих безводневих ta-C і водневмісних (гідрогенізованих) DLHC плівок з величиною внутрішніх напружень 2.8ё8.5 ГПа. У цих плівках виявлено високу густину парамагнітних дефектів Ns=(1.0ё4.5)Ч1021 см-3, пов'язаних з обірваними зв'язками вуглецю (g=2,0025). З аналізу залежностей ширини ліній ЕПР DDHpp від Ns, вмісту водню і рівня внутрішніх напружень встановлено три різних типи плівок. Найбільш тверді ta-C-I плівки з найбільшим вмістом sp3 фракції (від 70 до 85% за даними КРС) характеризуються найбільшою густиною дефектів і кореляцією величин Ns і DDHpp з величиною внутрішніх напружень. Для них є типовими неоднорідний розподіл дефектів і наявність стрибкового руху електронів, що уширює лінії ЕПР за рахунок збільшення швидкості спін-граткової релаксації (рис. 6с). Відпал ta-C-I плівок приводить до зменшення ширини лінії ЕПР (рис. 6а) за рахунок зниження концентрації ПЦ і, відповідно, ефективності стрибкового руху електронів.

Більш однорідний розподіл ПЦ з високою Ns, але нижчим рівнем напруг (внаслідок часткової їх релаксації в процесі осадження), є характерним для ta-C-II плівок. Мала ширина ліній ЕПР у них зумовлена ефектом обмінного звуження, що підтверджується збігом характерної теоретичної кривої DDHpp(Ns) з даними експерименту. Третій тип - DLHC плівки з різним вмістом водню сН. Для них є характерними більш високий вміст sp2 фракції, менший рівень внутрішніх напружень і менша Ns. Ширина ліній ЕПР у них залежить від сН і при низьких Т визначається надтонкою взаємодією з протонами. З ростом Т ширина ліній зменшується внаслідок ефектів обмінного і рухового звуження (рис. 7d). Характерна поведінка ширини лінії ЕПР при відпалі таких зразків (рис. 7б) пов'язана з температурно стимульованою ефузією водню. Виявлена в цих плівках анізотропія провідності пояснена в термінах переважної орієнтації sp2 фрагментів паралельно поверхні плівки.

Вивчено вплив імплантації іонів Ni і W на динаміку ПЦ в a-C: H і a-C: H: N плівках з високим (до 45%) вмістом водню (PLHC плівки) (рис.8).

Виявлено, що процес імплантації стимулює ефузію водню і приводить до зростання концентрації парамагнітних дефектів до Ns@2ґ1020 см-3 у порівнянні з Ns < 1017 см-3 у вихідних плівках (рис. 8а). За даними КРС виявлено ефект іонно-індукованого відпалу a-C: H: N плівок, що приводить до зміни відносного вмісту sp2/sp3 фракції і, як наслідок, до немонотонної залежності Ns від дози імплантації W, яка спостерігається по ЕПР (рис. 8б).

Вперше для аморфних парамагнетиків у всіх типах плівок виявлено анізотропію g-фактора ПЦ в орієнтаціях магнітного поля вздовж та перпендікулярно площині плівки. Показано, що спостережуваний ефект є зв'язаним з особливостями диполь-дипольної взаємодії в тонких плівках, які стають більш суттєвими при високій концентрації спінів і низькій температурі. Подібна динаміка спостерігається і в імплантованих плівках (рис. 8с), однак виявлено, що ефект Dg у них у 3-5 разів більше за умов однакових Ns. Це показує, що зсув резонансного поля в імплантованих плівках залежить від локальної концентрації ПЦ, яка істотно перевищує середню по зразку концентрацію ПЦ Ns.

ВИСНОВКИ

У дисертації розглянуто наукову проблему з'ясування природи, основних закономірностей і характеристик нових динамічних явищ, індукованих взаємодією спінових систем різної природи у твердотільних матеріалах при наявності носіїв струму. Отримано ряд нових результатів, які у комплексі дозволяють вирішити поставлену проблему. Встановлено основні закономірності процесів динаміки парамагнітних систем у широкому спектрі матеріалів. Вивчено механізми спінових взаємодій як в ансамблі спінів одного сорту, так і для декількох взаємодіючих підсистем різної природи. Виявлено ряд нових фізичних ефектів - спінової орієнтації локальних центрів носіями струму, електродипольного спінового резонансу на дислокаційних диполях у кремнії, аномального мікрохвильового поглинання у надгратках PbTe-PbS, періодичного по Н-полю мікрохвильового поглинання в монокристалах ВТНП, ефект g-анізотропії в аморфних плівках і ряду інших - та надана їх послідовна інтерпретація.

Виходячи з аналізу проведених досліджень можна сформулювати такі основні результати та ВИСНОВКИ роботи:

1. Встановлено зв'язок між процесами поступового розупорядкування поверхні монокристалічного напівпровідника (Si) під дією іонної імплантації та динамікою парамагнітної системи дефектів, зумовлених розривом =Si=Si= зв'язків. З ростом концентрації ПЦ активізуються процеси стрибкового руху електронів і пов'язаний з ними механізм спін-граткової релаксації, температурна залежність швидкості якої вказує на перевагу “стрибків змінної довжини”. У випадку аморфних плівок (a-C: H) бомбардування різними іонами (W, Ni) стимулює процеси ефузії водню і структурної релаксації плівок. Це приводить до немонотонної залежності концентрації дефектів від дози імплантації і зміні “рухового” і супернадтонкого внесків у ширину лінії ЕПР.

2. Наявність носіїв струму в напівпровіднику приводить до ефективних механізмів спін-залежних носій-домішкових взаємодій. Виявлено новий фізичний ефект - спінову орієнтацію локальних центрів, зумовлену спін-залежними процесами захоплення на них фотозбуджених носіїв [Si: (Cr+-B-)]. Ступінь орієнтації визначається коефіцієнтом спін-залежного захоплення a, а кутова залежність величини ефекту пов'язана з впливом локальних полів в умовах динамічного контакту спін-систем носіїв і локальних центрів. Наявність динамічного контакту приводить також до прискорення спінової релаксації локальних ПЦ, детальне вивчення якої дозволило вперше визначити низькотемпературні перерізи захоплення електронів на центри Cr+ і (Cr+-B-) у кремнії.

3. Інший механізм спінової орієнтації реалізується в системі оптично збуджених триплетних станів радіаційних дефектів у кремнії (Si-S1 центри). Уперше показано, що нерівноважність спінових станів триплету забезпечується селективністю процесів переходу з метастабільного триплетного стану в основний - синглетний. Спостережувана температурна залежність величини орієнтації визначається ефективністю власних механізмів спін-граткової релаксації триплетних центрів.

4. Спінова динаміка в системах зі зниженою розмірністю має істотні особливості. Вперше встановлено, що при відпалі зразків Cz -кремнію (Твід@650° С) у результаті кластеризації кисню і формування протяжних дефектів утворюються два типи електрично активних ПЦ, зумовлених: а) локалізацією електронів на флуктуаціях кристалічного потенціалу (термодонори ТД-II); б) захопленням електронів на просторово обмежені квазідвомірні структури - дислокаційні диполі (Si-nК центри). Рух електрона в потенціалі дислокаційного диполя підсилює магнето-електричний зв'язок та індукує переходи між спіновими підрівнями за рахунок електричної (E1) компоненти НВЧ поля, породжуючи новий тип резонансних сигналів - електродипольний спіновий резонанс. Інтенсивність і форма ліній ЕДСР є пов'язаними з орієнтацією E1 і описуються теорією ЕДСР.

5. У зразках з Si-nК центрами виявлено сильне нерезонансне мікрохвильове поглинання, природа якого пов'язана з НВЧ-провідністю за рахунок термоактивованого стрибкового руху електронів уздовж дислокаційних диполів. З температурної залежності величини ефекту визначена енергія активації стрибків e1 @ 0,4 меВ. Встановлено, що електрони захоплюються на ДД із системи термодонорів ТД-II, переводячи ДД у електрично активний і парамагнітний (Si-nК центри) стан. Динаміка сигналів резонансного (ЕДСР) і нерезонансного поглинання є незвичайною і вказує на тенденцію до їх різкого послаблення при Т®0, що пов'язано з уповільненням стрибкового руху.

6. У твердих 3-d розчинах з високою рівноважною концентрацією носіїв виділено три типи парамагнітних підсистем: s- електрони провідності, ізольовані локалізовані моменти (d-електрони) і суперпарамагнітні кластери. Динаміка їх взаємодії визначає температурні залежності g-фактора сигналу ЕПР і магнітної сприйнятливості матеріалу. Виявлено, що введення водню в 3-d сплави ініціює сигнал феромагнітного резонансу, ширина якого визначається розсіюванням електронів на атомах водню. Встановлено кореляцію між процесами десорбції міжвузлевого водню і динамікою сигналу ФМР, з аналізу якої визначена енергія активації процесів міграції водню Еа=0,56±0,02 еВ. У сплавах Ni2MnGa з магнітною пам'яттю форми вперше встановлено зв'язок між значеннями коефіцієнтів магнітної анізотропії, концентрацією вільних носіїв і величиною ефекту магніто-індукованої деформації.

7. Динаміка мікрохвильового поглинання змінюється принципово в умовах надпровідності. Внаслідок синглетного спаровування електронів сигнали ЕПР носіїв у таких системах є пригніченими, однак при ТЈТс виникають нові сигнали мікрохвильового відгуку в слабких магнітних полях, обумовлені, зокрема, наявністю слабких зв'язків. У випадку дислокаційно-індукованої надпровідності у надгратках PbTe-PbS виявлено сигнали типу “гістерезисна петля”, природа яких пов'язана з можливістю реверса критичного стану надпровідника поблизу поверхні зразка. У монокристалах ВТНП вперше виявлено і пояснено періодичний по Н-полю мікрохвильовий відгук. Його природа пов'язана з утворенням замкнутих контурів квантування магнітного потоку та ефектом макроскопічної квантової інтерференції (НКВІД-ефект). Виміри релаксації магнітного потоку за допомогою “природних” НКВІДів в цих же зразках показують наявність “слабких” центрів пінінга, зумовлених присутністю безлічі слабких зв'язків.

8. Динаміка ПЦ в умовах взаємодії пара- і феромагнітних підсистем істотно модифікується. У фулериті С60 і вперше синтезованому композиті С60: Er з'ясовано природу ЕПР-активних дефектів, пов'язану з катіонами-радикалами С60+, спін яких досить жорстко локалізований при кімнатних температурах. У композиті виявлена сильна зміна величини g-фактора, ширини лінії ЕПР і швидкості спінової релаксації ПЦ С60+ при низьких температурах, зумовлене взаємодією з підсистемою Er3+. Остання демонструє розтягнутий по температурі фазовий перехід у феромагнітний стан з температурою Кюрі переходу Тс @ 7 К, індукований за рахунок суперобміну іонів Er3+ з лігандними молекулами С60 (J0 @ 20 мэВ).

9. Спінова динаміка в тонких плівках відбиває ряд їх особливостей. Для широкого спектру аморфних вуглецевих плівок (ta-C, DLHC і PLHC) вперше встановлено кореляцію між умовами осадження і фазовим складом плівок, з одного боку, і характеристиками парамагнітної системи дефектів (обірвані =С=С= зв'язки, g=2.0025), з іншої. Концентрація ПЦ, характер їх розподілу і величина внесків різних механізмів у ширину лінії ЕПР, у тому числі за рахунок термічно активованих стрибків електронів, віддзеркалюють зміну мікроструктури плівок і величини внутрішніх напружень у них. Виявлено яскравий прояв механізмів обмінного і рухового звуження лінії ЕПР. Присутність водню в плівках сприяє їхній релаксації, зменшуючи величину внутрішніх напружень і концентрацію парамагнітних дефектів. Несподіваний для аморфних матеріалів ефект анізотропії g-фактора виявлений у a-С плівках при низьких температурах. Показано, що він пов'язаний з особливостями диполь-дипольної взаємодії в тонкій плівці, які яскравіше виявляються при великій густині спінів і низьких температурах.