Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ РАДІОФІЗИКИ ТА ЕЛЕКТРОНІКИ ім. О.Я. Усикова

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

РЕЗОНАНСНА ВЗАЄМОДІЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ З ПАРАМАГНІТНИМИ ІОНАМИ ХРОМУ У СПОЛУКАХ EHBACr^V ТА Hg_1-xCr_xSe

01.04.03 - радіофізика

Карелін Сергій Юрійович

Харків - 2005



Дисертацією є рукопис

Робота виконана у інституті радіофізики та електроніки ім. О. Я. Усикова Національної академії наук України, м. Харків.

Науковий керівник	доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник ПОПЕНКО Ніна Олексіївна, старший науковий співробітник відділу радіоспектроскопії Інституту радіофізики та електроніки ім. О. Я. Усикова НАН України (м. Харків).
Офіційні опоненти	доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник ЛУКІН Сергій Миколайович, Провідний науковий співробітник відділу напівпровідникових гетероструктур Інституту фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України (м. Київ). кандидат фізико-математичних наук, вченого звання не має АЛЄКСЕЄВ Євгеній Анатолійович, старший науковий співробітник відділу мікрохвильової радіоспектрометрії Радіоастрономічного інституту НАН України (м. Харків).
Провідна установа	Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна МОН України, кафедра напівпровідникової та вакуумної електроніки, м. Харків.

Захист дисертації відбудеться “7” липня 2005 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої раді Д 64.157.01 Інституту радіофізики та електроніки ім. О. Я. Усикова НАН України (61085, м. Харків, вул. ак. Проскури 12).

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Інституту радіофізики та електроніки ім. О. Я. Усикова НАН України.

Автореферат розісланий “2” червня 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 64.157.01 Кириченко О. Я.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Серед способів дослідження властивостей твердого тіла шляхом вивчення взаємодії з ним радіовипромінювання вирізняється метод магнітного резонансу. Цей метод ґрунтується на тому, що енергетичні рівні частинки, яка має магнітний момент, розщеплюються у постійному магнітному полі. У результаті така частинка буде поглинати електромагнітне випромінювання, якщо величина його кванта дорівнює (або близька) величині розщеплення її енергетичних рівнів. Розрізняють два основних різновиди методу магнітного резонансу: ядерний магнітний резонанс (ЯМР) - коли з електромагнітним випромінюванням взаємодіють ядра, та електронний парамагнітний резонанс (ЕПР) - якщо електрони. ЕПР знайшов використання у ряді областей фізики, хімії, біології, медицини, бо дозволяє отримати інформацію про внутрішню будову речовини: кристалічну структуру, характер розподілу внутрішніх магнітних та електричних полів, наявності домішок і т. п. Іншими словами, метод ЕПР дозволяє вивчати поведінку у речовині мікрозондів - неспарених електронів, присутніх у зразку природним чином або введених у нього штучно як парамагнітні домішки.

Хімічні елементи, які частіше за все використовують як парамагнітні домішки, - парамагнітні іони металів групи заліза. З них широке розповсюдження отримав хром. В залежності від речовини, у якій присутній хром, він може знаходитись в одному з зарядових станів: Cr⁺, Cr²⁺, Cr³⁺ або Cr⁵⁺. Зарядовий стан парамагнітного іона, а також особливості кристалічних ґрат визначають, головним чином, вид спектра ЕПР. Дисертаційну роботу присвячено експериментальному дослідженню методами магнітного резонансу двох різних типів сполук, властивості яких обумовлюються наявністю хрому як парамагнітної домішки, а саме: речовин поляризованих ядерних мішеней (ПЯМ) - розчинів комплексів EHBACr^V або HMBACr^V у 1,2-пропандіолі та напівпровідникової сполуки типу Hg_1-xCr_xSe.

Актуальність теми.

Речовини ПЯМ з EHBACr^V і HMBACr^V використовують в експериментах на прискорювачах елементарних частинок при дослідженні ефектів, які залежать від орієнтації спінів частинок, що взаємодіють. Як правило, для отримання високої поляризації ядер використовують метод динамічної поляризації ядер (ДПЯ), який ґрунтується на передачі високої поляризації електронів ядрам при опромінюванні речовини ПЯМ випромінюванням на частотах, близьких до частот ЕПР. В цьому випадку використовують спеціальні речовини, у яких існує сильний зв'язок між електронною та ядерною спіновими підсистемами. Високу ядерну поляризацію легше за все отримати на найбільш легких ядрах водню або дейтерію. Тому як речовини ПЯМ частіше за все використовують розчини сполук, що мають парамагнітні центри, в речовинах з високим вмістом водню (дейтерію). Наприклад, комплекси хрому (V), до яких належать вищевказані EHBACr^V і HMBACr^V, в пропандіолі або інших важких спиртах.

В деяких експериментах з використанням ПЯМ потрібно отримати поляризацію ядер не водню, а дейтерію. В зв'язку з цим, для створення поляризованих дейтронних мішеней був синтезований новий комплекс EHBACr^V, у котрому прогнозується більша ядерна поляризація у порівнянні з комплексом HMBACr^V. Але відсутність спектроскопічних досліджень властивостей цієї речовини не дозволяє використовувати її з максимальною ефективністю. Тому актуальним є проведення комплексних спектроскопічних досліджень розчину комплексу EHBACr^V в пропандіолі та його дейтерованому аналогу для визначення оптимальних умов отримання максимальної ядерної поляризації.

Іншою речовиною, в якій визначальну роль грає парамагнітний іон хрому, є сполука Hg_1-xCr_xSe, що відноситься до напівмагнітних напівпровідників (НМНП). В залежності від концентрації парамагнітної домішки НМНП можуть знаходитись у різних фазових станах: парамагнітному, феромагнітному, антиферомагнітному або спінового скла. В останній час в усьому світі ведеться пошук напівпровідникових сполук, що мають високу температуру переходу в феромагнітну фазу. В зв'язку з цим інтерес викликає НМНП Hg_1-xCr_xSe, оскільки у ньому очікується даний перехід при відносно високій температурі - біля 100К. Тому актуальною задачею є дослідження напівпровідника Hg_1-xCr_xSe методом ЕПР для вивчення особливостей магнітного упорядкування у цій речовині.

Потрібно зауважити, що вимоги до вимірювальної апаратури для проведення спектроскопічних досліджень речовин ПЯМ та НМНП суттєво відрізняються. Головна вимога стосовно досліджень речовин ПЯМ полягає в тому, що вони повинні проводитись в умовах перевищення величини енергії кванту електромагнітного випромінювання над енергією теплового розупорядкування, тобто в умовах реальної експлуатації мішеней. Тому речовини ПЯМ досліджувались при низьких температурах (1,8К<T<4,2К), великих магнітних полях (H?47кЕ) і, відповідно, високій частоті електромагнітного випромінювання (f?126ГГц) на вимірювальній апаратурі, що подана в [1].

Вимоги до вимірювальної апаратури для дослідження НМНП зумовлені наступними критеріями. По-перше, для дослідження фазових переходів в НМНП експеримент потрібно проводити у широкому діапазоні температур 4,2К<T<300К з можливістю її стабілізації у кожній точці вимірювань. По-друге, дослідження НМНП повинні включати до себе вимірювання гальваномагнітних характеристик (ефекту Холла, питомої провідності), які дають інформацію про тип та концентрацію основних носіїв заряду, зонну структуру і т. п., що, у свою чергу, допомагає визначити зарядовий стан парамагнітного іона у НМНП. Це обумовило необхідність створення нового трисантиметрового спектрометра ЕПР як складової частини багатофункціональної установки для дослідження НМНП, яка дозволяє проводити дослідження методом ЕПР та вимірювати гальваномагнітні характеристики.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в відділі “Радіоспектроскопії” ІРЕ ім. А. Я. Усикова НАН України в рамках досліджень, що проводились за держбюджетними НДР “Електромагнітні та акустичні явища НВЧ діапазону у твердотільних структурах” (шифр “Кентавр-1”, номер держреєстрації 01.96U006109) та “Дослідження електромагнітних та акустичних явищ НВЧ діапазону у твердотільних структурах” (шифр “Кентавр-2”, номер держреєстрації 0100U006335). Частина робіт, що подана у дисертації, виконана в рамках проектів УНТЦ № 347 “Вивчення магнітних властивостей твердих тіл у міліметровому діапазоні” та № 1440 “Нові напівмагнітні напівпровідники: технологія, фізика, прилади”. Автор є одним з виконавців вищезгаданих тем, а його науковий вклад в них відображений у дисертації.

Мета і задачі дослідження.

Дослідження електронної і ядерної спінових підсистем розчинів комплексу EHBACr^V у 1,2-пропандіолі та його дейтерованому аналогу для розв'язання наступних задач:

а) Визначення основних спектроскопічних параметрів речовин ПЯМ з EHBACr^V та порівняння їх з аналогічними параметрами речовин з HMBACr^V.

б) Експериментальне підтвердження високої розчинності комплексу EHBACr^V у дейтерованому пропандіолі на основі спектроскопічних досліджень.

в) Ідентифікація домінуючого механізму ДПЯ у речовинах ПЯМ з комплексом EHBACr^V і визначення оптимальних умов отримання у цих речовинах високої ядерної поляризації.

г) Проведення чисельного аналізу рівняння, що описує явище бістабільності у електронній спіновій підсистемі для встановлення умов, при яких вона може спостерігатися, та визначення її впливу на ДПЯ.

Створення автоматизованого трисантиметрового спектрометра для дослідження напівпровідникових сполук:

а) Розробка програмного забезпечення для керування роботою спектрометра та визначення параметрів лінії ЕПР з високою точністю.

б) Розробка апаратури для досягнення високої чутливості спектрометру.

Дослідження НМНП Hg_1-xCr_xSe методом ЕПР у широкому діапазоні температур з метою вивчення особливостей магнітного упорядкування у цій речовині:

а) Встановлення закономірностей у поведінці параметрів температурних та кутових залежностей спектра ЕПР.

б) Побудова моделей фізичних процесів, що протікають у НМНП Hg_1-xCr_xSe при зниженні температури.

Об'єктом дослідження були речовини поляризованих ядерних мішеней з комплексами HMBACr^V і EHBACr^V та напівмагнітні напівпровідники Cd_1-xMn_xTe і Hg_1-xCr_xSe. спектрометр напівпровідниковий спіновий

Предметом дослідження були спектроскопічні параметри речовин ПЯМ з комплексами HMBACr^V та EHBACr^V - ширина лінії ЕПР, g-фактор, часи електронної спін-спінової релаксації та ядерної спін-ґратової релаксації в залежності від НВЧ потужності та концентрації парамагнітних центрів. Температурні і кутові залежності параметрів лінії ЕПР НМНП Cd_1-xMn_xTe і Hg_1-xCr_xSe, таких як: ширина, положення центра, форма і інтенсивність в залежності від вмісту парамагнітної домішки.

Методами дослідження були методи, що засновані на явищі магнітного резонансу: ЕПР, ЯМР і ДПЯ.

Дослідження електронної спінової підсистеми речовин ПЯМ проводились методом ЕПР. Висока ядерна поляризація забезпечувалась методом ДПЯ при насиченні електронного переходу на частоті ЕПР. Реєстрація фактично отриманої величини ядерної поляризації здійснювалась методом ЯМР. Вивчення ядерної спінової підсистеми складалося з реєстрації і аналізу як її статичних характеристик (залежностей величини ядерної поляризації від таких параметрів як: відхилення магнітного поля від резонансного значення, концентрація парамагнітних центрів і НВЧ потужність), так і динамічних характеристик (часових залежностей ядерної поляризації після включення або виключення НВЧ потужності).

Дослідження НМНП були виконані методом ЕПР на трисантиметровому автоматизованому спектрометрі, що є частиною універсальної установки для дослідження НМНП. Гальваномагнітні характеристики (коефіцієнт Холла і питомий опір) НМНП використовувались для визначення концентрації та рухливості основних носіїв заряду.

Наукова новизна одержаних результатів.

Встановлено, що домінуючим механізмом динамічної поляризації ядер в речовинах ПЯМ з комплексом EHBACr^V є динамічне охолодження з “випаленою діркою”. Визначена оптимальна, з точки зору отримання максимальної величини ядерної поляризації, концентрація парамагнітних центрів N=1,2·10²⁰ см^-3. Показано, що максимальна дейтронна поляризація може бути досягнута в ПЯМ з комплексом EHBACr^V завдяки його високій розчинності у дейтерованому пропандіолі та на 20% більшого часу ядерної спін-ґратової релаксації у порівнянні з комплексом HMBACr^V.

Для розчину комплексу EHBACr^V у пропандіолі експериментально показано зменшення ролі спінової дифузії у процесі ядерної спін-ґратової релаксації при підвищенні концентрації парамагнітних центрів із-за зростання кількості ядер, що релаксують за рахунок безпосередньої взаємодії з електронним спіном без участі спінової дифузії.

Визначено параметри речовин ПЯМ, при яких з'являється електронна спінова бістабільність. Встановлено, що в умовах бістабільності зменшення максимальної величини ядерної поляризації відбувається за рахунок уповільнення перехідних процесів в електронній спіновій підсистемі.

Встановлено наявність феромагнітного упорядкування у НМНП Hg_1-xCr_xSe з високим вмістом хрому, що підтверджується відповідною зміною структури спектра з пониженням температури, а саме: зростанням інтенсивності лінії ЕПР, трансформацією лінії у асиметричну, зсувом її центру та появою анізотропії. Запропоновано фізичну модель, згідно з якою зміни у спектрі ЕПР пов'язуються з наявністю включень феромагнітної речовини HgCr₂Se₄.

Практичне значення одержаних результатів.

Розроблено практичні рекомендації щодо отримання максимальної ядерної поляризації у речовині ПЯМ з комплексом EHBACr^V. Результати досліджень були використані у експериментах, що проводилися в межах міжнародної програми ОІЯД на прискорювачі в Карловому Університеті (м. Прага), де було досягнуто поляризацію ядер дейтерію 40%.

Створено трисантиметровий спектрометр ЕПР з високими технічними характеристиками, який може бути використаний для дослідження широкого класу сполук: напівмагнітних напівпровідників, парамагнетиків, біологічних та медичних об'єктів. У перспективі можливе серійне виробництво даного спектрометра.

Наявність феромагнітного упорядкування, яке було знайдене у НМНП Hg_1-xCr_xSe при температурах вищих за азотні, свідчить про можливість застосування цього напівпровідника при розв'язанні задач спінової електроніки.

Особистий внесок здобувача. Автор брав безпосередню участь у проведенні експериментальних робіт з дослідження речовин ПЯМ та НМНП. Разом зі співавторами він брав участь в обговоренні, аналізі та інтерпретації експериментальних даних, а також у виборі і обґрунтуванні відповідних теоретичних моделей. Обробку експериментальних даних виконано автором безпосередньо. Автор разом з співавторами наукових праць брав участь у постановці задач дослідження. Значна частина робіт зі створення трисантиметрового спектрометру виконана автором, а саме: розроблення програмного забезпечення, монтаж та тестування спектрометра, створення синхронного детектора і схеми автоматичного підстроювання частоти. Висновки поданої дисертаційної роботи належать автору.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи по дисертації доповідалися та обговорювалися на наступних конференціях:

The Fourth International Symposium "Physics and Engineering of Millimeter and Sub-millimeter Waves" (Kharkov, Ukraine, 2001);

12^th General Conference of the European Physical Society EPS-12 “Trends in Physics” (Budapest, Hungary, 2002);

Всеукраїнські конференції молодих вчених з теоретичної та експериментальної фізики “Еврика-2002” і “Еврика-2003” (Львів, Україна, 2002 і 2003);

Перша і друга харківські конференції молодих вчених “Радіофізика і НВЧ електроніка” (Харків, Україна, 2001, 2002);

Третя харківська конференція молодих вчених “Мікрохвильова електроніка і радіолокація” (Харків, Україна, 2004);

The Fifth International Kharkov Symposium “Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter, and Sub-millimeter Waves” (Kharkov, Ukraine, 2004).

Публікації.

Результати дисертації опубліковано в 17 наукових працях, в тому числі в 7 статтях в наукових журналах та у 10 збірниках доповідей конференцій.

Структура та об'єм дисертації. Дисертація виконана на 141 сторінці машинописного тексту. Складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, переліку використаних літературних джерел, що охоплює 61 найменування, включає 9 таблиць та 49 рисунків.



ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обговорюється актуальність і практичне значення роботи, сформульована мета і завдання дослідження, визначається наукова новизна.

Перший розділ. Наведені результати експериментального дослідження електронної спінової підсистеми речовин ПЯМ з комплексами EHBACr^V та HMBACr^V методом ЕПР. Дослідження показали, що лінія ЕПР речовини з EHBACr^V неоднорідно розширена внаслідок анізотропії g-фактора. Тому для її аналізу була використана теоретична модель, яка заснована на усереднені резонансного магнітного поля молекул у припущенні, що вони орієнтовані хаотично [2]. Порівняння теоретичної та експериментальної ліній ЕПР дозволило визначити ширину лінії ЕПР та компоненти тензора g-фактора досліджених речовин (табл. 1). Практично однакова ширина лінії ЕПР розчинів EHBACr^V у пропандіолі та його дейтерованому аналогу підтверджує одну з переваг цього комплексу над HMBACr^V - кращу розчинність EHBACr^V в дейтерованому пропандіолі.

Таблиця 1. Характеристики досліджених комплексів

Тип речовини			ДH, Е
HMBACrV	1,9748±0,0004	1,9872±0,0004	280±2
EHBACrV у пропандіолі (H8)	1,9177±0,0004	1,9136±0,0004	210±2
EHBACrV у пропандіолі (D8)	1,9104±0,0004	1,9218±0,0004	200±2

Представлення експериментальної лінії ЕПР у вигляді суми індивідуальних резонансних ліній дозволяє визначити її параметри. При цьому індивідуальна резонансна лінія, згідно з теорією Провоторова [3], задається наступними рівняннями для опису поведінки лінії ЕПР при насиченні:



, ,	(1)

де г - гіромагнітне співвідношення, H₁ - амплітуда НВЧ поля, g(Д) - форма лінії поглинання в відсутності насичення, Д - відхилення від резонансної частоти, , і - часи спін-ґратової релаксації електронного зеєманівського і спін-спінового резервуарів відповідно, - середній квадрат локального поля, що створюється електронним спіном, , s=(гH₁)²T₁T₂ - фактор насичення.

Порівняння теоретичної та експериментальної залежностей ширини лінії ЕПР від НВЧ потужності для досліджених речовин (рис. 1) дозволило визначити такі параметри індивідуальної резонансної лінії як час електронної спін-спінової релаксації T₂ та параметр К (табл. 2).

Рис. 1. Експериментальна залежність ширини лінії ЕПР від НВЧ потужності



Крім того, при підвищенні насичуючої НВЧ потужності у експерименті спостерігається перехід від гаусової форми індивідуальної резонансної лінії ЕПР до лоренцевої. Останнє, згідно з теорією Провоторова, свідчить про насичення лінії ЕПР в умовах експерименту.

Як слідує з експериментальних даних [4], ще одним фактором, який необхідно враховувати при проведенні експериментів з ДПЯ, є можливість появи спінової бістабільності в електронній спіновій підсистемі. Нами було проведено чисельний аналіз цього явища на основі рівняння, що описує поведінку електронної спінової підсистеми в низькотемпературному наближенні [5]. В залежності від параметрів, що входять в це рівняння, останнє має один або три корені, а система буде мати один або два стійких станів з мінімальною енергією. Розрахунок показує, що в умовах бістабільності перехідний процес має немоноекспоненціальний характер, а час встановлення стаціонарного стану суттєво подовжується (рис. 2). Останнє призведе до зниження максимального значення ядерної поляризації, якщо насичення лінії ЕПР буде проводитися в умовах електронної спінової бістабільності.

Таблиця 2. Спектроскопічні параметри лінії ЕПР

	EHBACrV	HMBACrV
N, см-3	1,2·1020	2,5·1020	1,2·1020
T2, с	8,5·10-10	4·10-10	1·10-9
K, ерг-2	1,5·1037	2,86·1036	5·1035



а б

Рис. 2. Динаміка встановлення стаціонарного положення при наявності (а) та відсутності (б) бістабільності в електронній спіновій підсистемі

У другому розділі наведені результати дослідження процесів поляризації в ядерній спіновій підсистемі в умовах ДПЯ. На рис. 3 показано як змінюється величина досягнутої поляризації ядер вздовж лінії ЕПР. Порівняння представленої експериментальної залежності ядерної поляризації з теоретичною для різних механізмів ДПЯ [6] дозволило ідентифікувати домінуючий механізм ДПЯ у речовинах ПЯМ з EHBACr^V - динамічне охолодження с “випаленою діркою”. Із залежності ядерної поляризації від НВЧ потужності (рис. 4) видно, що при інших рівних умовах досягнута поляризація з використанням EHBACr^V на 20% більше, ніж з HMBACr^V, що говорить про перевагу EHBACr^V з точки зору досягнення максимальної ядерної поляризації.



Рис. 3. Спектр ЕПР для ПЯМ з EHBACrV при T=2К, N=6·1019 см-3 (а) і відповідна йому залежність ядерної поляризації від магнітного поля (б)

Рис. 4. Залежність підсилення ядерної поляризації від потужності НВЧ насичення електронного переходу

Для визначення механізмів релаксації в ядерній спіновій підсистемі речовин, що досліджуються, та часу ядерної спін-ґратової релаксації, проведено дослідження перехідних процесів в ядерній спіновій підсистемі. Аналіз експериментальних даних показує (табл. 3), що при концентрації парамагнітних центрів менш ніж N=1,2·10²⁰ см^-3 релаксація проходить по експоненціальному закону. Це відповідає так званій моделі однорідної поляризації, коли ядерна спінова підсистема релаксує як єдине ціле внаслідок сильної спінової дифузії. При більшій концентрації парамагнітних центрів збільшується кількість ядерних спінів, котрі релаксують за рахунок безпосередньої взаємодії з електронним спіном без участі спінової дифузії, тому процес релаксації набуває немоноекспоненціального характеру і час ядерної спін-ґратової релаксації зменшується [6, 7]. Цей факт, в поєднанні з даними про величину фактично досягнутої ядерної поляризації, свідчить про те, що саме концентрація парамагнітних центрів N=1,2·10²⁰ см^-3 є оптимальною з точки зору досягнення максимальної ядерної поляризації.

Таблиця 3. Параметри, що описують процес релаксації у ПЯМ з комплексом EHBACr^V при Т=2К

N, см-3	P, Bт	СКО	pn	фn, с	фs, с
6·1019	0,04	7,63·10-6	0,196±0,001	20,2±0,2	-
1,2·1020	0,04	4,29·10-7	0,166±0,0004	18,1±0,2	-
1,2·1020	0,025	7,31·10-8	0,094±0,0002	19,5±0,4	-
1,2·1020	0,012	5,22·10-7	0,077±0,0004	20,1±0,4	-
1,2·1020	0,005	5,04·10-7	0,042±0,0004	20,4±0,3	-
2,5·1020	0,04	4·10-7	0,152±0,0006	6,6±0,1	2,9±0,6

Порівнюючи часи ядерної спін-ґратової релаксації для двох досліджених речовин ПЯМ, можна констатувати, що час релаксації для речовин з комплексом EHBACr^V на 20% більший, ніж для речовин з HMBACr^V, що обумовлено більшим екрануванням атому хрому у EHBACr^V. Це пояснює той факт, що на речовинах ПЯМ з комплексом EHBACr^V при інших рівних умовах було досягнуто більшої величина ядерної поляризації.

У третьому розділі описується спектрометр для дослідження НМНП. Спектрометр створено за схемою з супергетеродинним приймачем, модуляцією магнітного поля та реєстрацією першої похідної резонансної лінії на частоті модуляції. Розроблене програмне забезпечення виконує три основні функції: керування магнітним полем, стабілізацію температури та безпосередню реєстрацію лінії ЕПР. Програмне забезпечення також виконує такі функції: реєстрацію резонансної лінії з накопиченням для пригнічування випадкових завад, обробку експериментальних даних, операції з файлами даних, контроль працездатності апаратури.

До достоїнств спектрометра слід віднести наступні:

а) Високу чутливість 5·10¹⁰ спін/Е, яка не поступається іншим спектрометрам цього класу.

б) Можливість проведення вимірювань в широкому діапазоні температур 4,2К<T<300К з точністю стабілізації ±0,1К.

в) Точність керування магнітним полем ±1,5Е при збереженні можливості зміни магнітного поля у діапазоні 0<H<7кЕ, що дозволяє реєструвати як відносно вузькі лінії з тонкою та надтонкою структурою, так і винятково широкі лінії ЕПР. При зменшеному діапазоні зміни магнітного поля точність керування магнітним полем підвищується до ±0,4Е.

г) Низькі витрати холодоагенту досягнуто за рахунок мінімізації розмірів кріостата і автоматизації процесу стабілізації температури: за 8 годин роботи витрачається 5л рідкого азоту або 15л рідкого гелію.

Для перевірки можливостей спектрометра були проведені спектроскопічні дослідження серії зразків добре вивченого НПММ Cd_1-xMn_xTe. Необхідно зауважити, що при високому вмісті марганцю лінія ЕПР цієї сполуки дуже широка та поширюється при зниженні температури за рахунок підвищення внутрішнього магнітного поля, обумовленого наявністю скінченних антиферомагнітних кластерів. При низькому вмісті марганцю резонансна лінія вузька, тому помітна тонка та надтонка структура спектра. Результати цих досліджень добре узгоджуються з попередніми [8-11].

У четвертому розділі наведено результати дослідження зразків НМНП Hg_1-xCr_xSe з високим вмістом хрому 0,01<x<0,1, які вирощені за методом Бриджмена на кафедрі фізики напівпровідників та наноструктур Чернівецького національного університету.

В результаті вимірювань гальваномагнітних характеристик було з'ясовано, що всі досліджені зразки мають електронний тип провідності, а також близькі (в межах 30%) значення коефіцієнту Холла та питомого опору (табл. 4). Концентрація електронів провідності для усіх зразків не змінюється (в межах похибки експерименту) в усьому дослідженому інтервалі температур. Такі властивості даної напівпровідникової сполуки є наслідком того, що Hg_1-xCr_xSe є безщілинним напівпровідником. Отримані результати добре узгоджуються з попередніми дослідженнями гальваномагнітних характеристик цього напівпровідника [12].

Таблиця 4. Параметри досліджених кристалів Hg_1-xCr_xSe

Вміст хрому, х	RH, см3/кул	ne, см-3	Nп. ц., см-3
0,01	-	-	9,24·1018
0,1	-1,01±0,03	6,2·1018±0,2	1,09·1019
0,03	-1,26±0,03	4,9·1018±0,2	1,29·1019
0,05	-0,9±0,03	6,9·1018±0,2	4,06·1019

Рис. 5. Зміна виду спектра ЕПР зразка Hg1-xCrxSe з Nп. ц.=9,24·1018 см-3 при ц=90? з пониженням температури

При кімнатній температурі спектр ЕПР усіх досліджених зразків є відносно вузькою одиночною ізотропною лінією, яка розширена лише за рахунок диполь-дипольної взаємодії (рис. 5). Це говорить про те, що він обумовлений іоном Cr³⁺ у кристалічному полі кубічної симетрії, та узгоджується з висновками робіт [13-15], у яких також спостерігали спектр ЕПР іона Cr³⁺. Нижче цієї температури резонансна лінія ЕПР починає розширюватися, приймає асиметричну форму і спостерігається зсув центру лінії ЕПР до менших магнітних полів (рис. 5). Зміни в спектрі відбуваються до температури 100К. Лінія ЕПР при цьому розширюється більш ніж в 10 разів у порівнянні з шириною лінії при кімнатній температурі та здобуває анізотропію (рис. 6).

Ще одним ефектом, що спостерігався, було підвищення інтенсивності лінії майже у 100 разів при зниженні температури від 300 до 100К (рис. 7). Нижче 100К інтенсивність лінії знижується і при температурі біля 50К лінія стає недоступною для реєстрації.

Рис. 6. Кутова залежність форми спектра ЕПР для зразка з Nп. ц.=9,24·1018 см-3 при T=124К

Зростання інтенсивності лінії ЕПР НМНП Hg_1-xCr_xSe зі зниженням температури вказує на появу магнітного упорядкування у цій речовині, що призводить до підвищення магнітної сприйнятливості речовини. Дійсно, останні дослідження напівпровідника Hg_1-xCr_xSe [16] свідчать про те, що при великому вмісті хрому x гомогенність зразків Hg_1-xCr_xSe порушується і в них спостерігається присутність включень речовин CrSe та HgCr₂Se₄, що є феромагнетиком. Наявність включень дає підстави говорити про їх вплив на магнітні властивості зразка, що пояснює підвищення інтенсивності лінії при зниженні температури в зв'язку з підвищенням намагніченості включень при наближенні до температури Кюрі. Дійсно, магнітна сприйнятливість у феромагнетику при температурах вищих за точку Кюрі описується відомим законом Кюрі-Вейса:

,	(2)

де C - стала, T_C - температура Кюрі. Порівнюючи температурну залежність інтегральної інтенсивності резонансної лінії (рис. 7) з формулою (2), було визначено, що температура Кюрі є однаковою для усіх зразків Т_С106К.

Рис. 7. Температурна залежність відносної інтенсивності ліній поглинання Hg1-xCrxSe з різною концентрацією парамагнітних центрів

В рамках моделі про домінуючий вплив феромагнітних включень на магнітні властивості НМНП Hg_1-xCr_xSe пояснюються зміни, що спостерігалися в спектрі Hg_1-xCr_xSe. Наявність внутрішніх магнітних полів за рахунок несферичної форми включень [16] викликає зміщення резонансної лінії, а варіації форми включень призводять до сильного неоднорідного розширення резонансної лінії та зміни її форми. Оскільки включення мають витягнуту форму і орієнтовані у площині, що перпендикулярна росту кристалу, спектр ЕПР стає анізотропним. Таким чином, спектр ЕПР, згідно з представленою моделлю, буде мати як анізотропію, так і неоднорідне розширення, що і спостерігалося у експерименті.



ВИСНОВКИ

У поданій дисертаційній роботі наведені експериментальні результати дослідження двох типів речовин, що мають іони хрому як парамагнітні домішки: речовин ПЯМ - розчинів у 1,2-пропандіолі комплексів EHBACr^V і HMBACr^V, та НМНП - Hg_1-xCr_xSe, методами, які ґрунтуються на явищі магнітного резонансу. Основні висновки зводяться до наступного:

Вперше проведені комплексні спектроскопічні дослідження розчинів комплексу EHBACr^V в пропандіолі та дейтерованому пропандіолі в умовах перевищення величини кванту електромагнітного випромінювання над енергією теплового розупорядкування, тобто в умовах реальної експлуатації мішеней. Дослідження складалися з вивчення електронної спінової підсистеми методом ЕПР, процесів поляризації у ядерній спіновій підсистемі в умовах ДПЯ і процесів ядерної спін-ґратової релаксації. Основні результати можна сформулювати наступним чином:

а) Встановлено, що домінуючим механізмом ДПЯ для речовин ПЯМ с EHBACr^V є динамічне охолодження з “випаленою діркою”. Визначені оптимальні умови для отримання максимальної ядерної поляризації - концентрація парамагнітних центрів N=1,2·10²⁰см^-3 при НВЧ потужності, що підводиться до зразка, Р>0,04Вт (приблизно 5 мВт на міліграм речовини). Результати дослідження було використано в експериментах на прискорювачі у Карловому Університеті (м. Прага), де була отримана поляризація ядер дейтерію 40%.

б) Визначено основні спектроскопічні параметри, а саме: ширина лінії ЭПР, g-фактор, часи електронної спін-спінової релаксації і ядерної спін-ґратової релаксації речовини ПЯМ з EHBACr^V.

в) Встановлено, що час ядерної спін-ґратової релаксації для розчину у пропандіолі комплексу EHBACr^V на 20% більший, ніж для ПЯМ з HMBACr^V, що викликано більшим екрануванням атома хрому в комплексі EHBACr^V у порівнянні з HMBACr^V. Тому для ПЯМ з EHBACr^V максимальна поляризація ядер, що може бути досягнута, при інших рівних умовах буде на 20% більше, ніж з HMBACr^V.

г) Підтверджено високу розчинність комплексу EHBACr^V у дейтерованому пропандіолі на підставі того факту, що поведінка спектрів ЕПР розчинів комплексу EHBACr^V у пропандіолі та його дейтерованому аналогу практично однакова.

д) Для речовин ПЯМ, що характеризуються сильною електронно-ядерною взаємодією, визначено область значень параметрів електронної спінової підсистеми в умовах її насичення, при яких з'являється спінова бістабільність, що приводить до зменшення рівня максимальної ядерної поляризації.

Створено новий автоматизований трисантиметровий спектрометр ЕПР для дослідження напівпровідників та парамагнетиків. Розроблене програмне забезпечення дозволяє прискорити процес вимірювання, мінімізувати суб'єктивні похибки при вимірюваннях, реалізувати процес реєстрації спектрів ЕПР з накопиченням та організувати високоточну і оперативну первинну обробку експериментальних даних. Розроблено ефективний алгоритм обробки експериментальних спектрів ЕПР, що базується на визначенні їх параметрів шляхом апроксимації експериментальних спектрів теоретичними. Ця методика була використана для обробки спектрів речовин ПЯМ (форма лінії ЕПР обумовлена анізотропією g-фактора) і напівпровідника CdTe легованого Mn (форма лінії ЕПР обумовлена надтонкою структурою). Використання цього способу обробки експериментальних даних дозволяє визначати усі параметри лінії з точністю - 1%. Створений спектрометр має високі технічні характеристики і за головними параметрами не поступається аналогічним спектрометрам трисантиметрового діапазону.

Експериментально встановлено наявність феромагнітного упорядкування у НМНП Hg_1-xCr_xSe с високим вмістом хрому, про що свідчить зростання інтенсивності лінії ЕПР цього напівпровідника зі зниженням температури. Запропоновано фізичну модель, згідно з якою феромагнітні властивості зразка НМНП Hg_1-xCr_xSe обумовлені наявністю включень феромагнітної сполуки HgCr₂Se₄. Ця модель пояснює характерні зміни у спектрі ЕПР, що спостерігалися в експерименті: появу анізотропії, трансформацію ізотропної лінії ЕПР у асиметричну і зсув її центра. Наявність розмагнічуючих полів внаслідок несферичності феромагнітних включень призводить до зсуву центру резонансної лінії, а варіації форми цих включень призводять до неоднорідного поширення резонансної лінії та зміни її форми. Анізотропія спектра при низькій температурі обумовлена тим, що включення мають витягнуту форму і орієнтовані у площині, яка перпендикулярна росту кристалу.



СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Vertiy A., Ivanchenko I., Popenko N. Two Frequency radiospectrometer // Instruments and Experimental Techniques. - 1994. - № 3. - P.100-105.

2. Пул Ч. Техника ЭПР-спектроскопии // Москва, Мир. - 1970. - 558 С.

3. Провоторов Б. Н. О магнитном резонансном насыщении в кристаллах // ЖЭТФ. - 1961. - Т. 41, № 5(11). - С. 1582-1591.

4. Popenko N., Tarapov S. Magnetic resonance processes in material with polarizable nuclei under the condition of saturation of electron transition // JETP Lett. - 1996. - Vol. 64, № 3. - P. 180-185.

5. Фокина Н. П., Челидзе Л. Т. Сигналы поглощения СВЧ в условиях насыщения неэквилистантных уровней (S=3/2) при низких температурах // Изв. ВУЗов Радиофизика. - 1990. - Т. 33, № 3. - C. 290-298.

6. Ацаркин В. А. Динамическая поляризация ядер в твердых диэлектриках // Москва, Наука. - 1980 - 160 С.

7. Александров И. В. Теория магнитной релаксации // Москва, Наука. -1975. - 399 С.

8. Дейген М. Ф., Зевин В. Я., Маевский И. М., Потыкевич И. В., Шанина Б. Д. Исследование концентрационной зависимости ЭПР Mn++ в монокристаллах CdTe // Физика твердого тела - 1967. - Т. 9, № 4. - С. 983-996.

9. Lambe J., Kikuchi C. Paramagnetic resonance of CdTe:Mn and CdS:Mn // Phys. Rev. - 1960. - Vol. 119, № 4. - P. 1256-1259.

10. Hall T. P. P., Hayes W., Williams T. J. R. Paramagnetic resonance of manganese // Proc. Phys. Soc. - 1961. - Vol. 78. - P. 883-894.

11. Полумагнитные полупроводники / Под ред. Фурдыны Я. и Косута Я. / Москва, Мир. - 1992. - 496 С.

12. Цидильковский И. М. Бесщелевые полупроводники магнитными примесями, образующими резонансные донорные состояния // Успехи физических наук. - 1992. - Т. 162, №2. - С. 61-105.

13. Прозоровский В. Д., Решидова И. Ю., Паранчич С. Ю., Паранчич Л. Д. Исследование твердых растворов Hg1-xCrxSe // Физика твердого тела. - 1992. Т. 34, №3. - С. 882-888.

14. Прозоровский В. Д., Решидова И. Ю., Пузыня А. И., Паранчич Ю. С. Электронный спиновый резонанс и магнитная восприимчивость твердых растворов Hg1-xCrxSe с 0,00112?x?0,07 // Физика низких температур. - 1995. - Т. 21, №10. - С. 1057-1060.

15. Прозоровский В. Д., Решидова И. Ю., Пузыня А. И., Паранчич Ю. С. Влияние дефектной структуры на магнитные и электронные свойства в Hg1-xCrxSe и Hg1-xCoxSe // Физика низких температур. - 1996. - Т. 22, №12. - С. 1396-1405.

16. Прозоровский В.Д., Решидова И.Ю., Пузыня А.И., Паранчич С.Ю. Романюк В.Р., Влияние концентрации Cr на структурные и магнитные свойства разбавленного магнитного полупроводника Hg1-xCrxSe. // Физика низких температур. - 2002. - Т. 28, № 12. - С.1239-1243.

Список публікацій основного змісту дисертації

17. Иванченко И. В., Карелин С. Ю., Попенко Н. А. Динамические процессы в веществах поляризованных ядерных мишеней // Радиофизика и электроника. - 2000. - Т. 5, № 2. - С. 96-102.

18. Ivanchenko I. V., Karelin S. Yu., and Popenko N. A. Nonlinear spin subsystem interaction in the chromium (V) complexes under microwave pumping conditions // Telecommunication and Radio Engineering. - 1999. - Vol. 53, № 9-10. - P. 69-78.

19. Беляев А. А., Воробьева Н. П., Дзюбак А. П., Иванченко И. В., Карелин С. Ю., Карнаухов И. М., Луханин А. А., Орлов В. Д., Попенко Н. А. Магнитный резонанс комплексов Cr(V) c 2-гидрокси-2-этилмасляной кислотой // Журнал прикладной спектроскопии - 2001. - Т. 68, № 4 - С. 477-481.

20. Жигалов А., Карелін С. Універсальна установка для вимірювання параметрів напівмагнітних напівпровідників у широкому температурному діапазоні // Вісник львівського університету. - 2003. - Вип. 36. - С. 199-205.

21. Karelin S. Yu. Parameters Measurements of Semimagnetic Semiconductors by Means of the Electron Paramagnetic Resonance Method // Telecommunications and Radio Engineering - 2003. - Vol. 60, № 5&6. - P. 117-126.

22. Ivanchenko I., Karelin S., and Popenko N. Automated ESR Spectrometer for Various Applications // Functional Materials. - 2004. - Vol. 11, №1. - P. 125-130.

23. Иванченко И. В., Карелин С. Ю., Паранчич С. Ю., Паранчич Л. Д., Попенко Н. А., Романюк В. Р. Исследование твердых растворов Hg1-xCrxSe с составами хрома 0,01?x?0,1 // Радиофизика и электроника. - 2004. - Т. 9, № 1. - С. 264-270.

24. Zhigalov A., Karelin S. Universal setup for the measurement of diluted magnetic semiconductor parameters in the wide temperature range // Всеукраїнська конференція молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики “Евріка-2002”, Збірник тез. - Львів (Україна) - 2002. - С. 77-78.

25. Karelin S. Millimeter magnetic spectroscopy of paramagnetic complexes CrV under helium temperatures and high magnetic field conditions // Всеукраїнська конференція молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики “Евріка-2002”, Збірник тез. - Львів (Україна) - 2002. - С. 164-165.

26. Karelin S. The investigation of nucleus and electronic spin subsystem of paramagnetic complexes Cr(V) using for achievement of the high nuclear polarization // 12th General Conference of the European Physical Society EPS-12 “Trends in Physics”. - Budapest (Hungary) - 2002. - P. 217.

27. Ivanchenko I. V., Karelin S. Yu., Popenko N. A. ESR spectra of the chromonium (V) complex under saturation conditions at low temperatures // Proc. of the Fourth International Symposium “Physics and engineering of millimeter and sub-millimeter waves”. - Kharkov (Ukraine) - 2001. - P. 829-831.

28. Belyaev A., Vorobyova N., Ivanchenko I., Karelin S., Karnauhov I., Lukhanin A., Orlov V., Popenko N. Millimeter magnetic spectroscopy of paramagnetic complexes Cr(V) // Proc. of the fourth International Symposium “Physics and Engineering of Millimeter and Sub-Millimeter Waves”. - Kharkov (Ukraine) - 2001. - P. 826-828.

29. Карелин С. Ю. Температурное поведение электронного парамагнитного резонанса в полумагнитных полупроводниках типа Cd1-xMnxTe // Вторая харьковская конференция молодых ученых “Радиофизика и НВЧ электроника”. - Харьков (Украина) - 2002. - С. 41.

30. Карелін С. Дослідження електронного спінового резонансу у напівмагнітному напівпровіднику Hg1-xCrxSe // Всеукраїнська конференція молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики “Евріка-2003”, Збірник тез. - Львів (Україна) - 2003. - С. 126.

31. Ivanchenko I., Karelin S, Popenko N. Automated ESR spectrometer for different applications // International Scientific and Practical Conference “Spectroscopy in Special Applications”, Book of abstracts. - Kyiv (Ukraine) - 2003. - P. 144.

32. Жигалов А. А., Карелин С. Ю. Электронный парамагнитный резонанс в полупроводнике Hg1-xCrxSe с составами 0,03?x?0,1. Третья харьковская конференция молодых ученых “Микроволновая электроника и радиолокация”. - Харьков (Украина) - 2004. - С. 8.

33. Ivanchenko I., Karelin S., Paranchich S., Paranchich L. Magnetic spectroscopy of solid solutions Hg1-xCrxSe // Proc. of the Fifth International Kharkov Symposium “Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter, and Submillimeter Waves”. - Kharkov (Ukraine) - 2004. - P. 754-756.

АНОТАЦІЇ

Карелін С. Ю. Резонансна взаємодія електромагнітного випромінювання з парамагнітними іонами хрому у сполуках EHBACr^V та Hg_1-xCr_xSe.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.03 - радіофізика. - Інститут радіофізики та електроніки ім. О. Я. Усикова НАН України, м. Харків, 2005 р.

Дисертацію присвячено експериментальному дослідженню методами магнітного резонансу двох типів сполук, що мають хром в якості парамагнітної домішки, а саме: речовин поляризованих ядерних мішеней - розчинів у 1,2-пропандіолі комплексів EHBACr^V та HMBACr^V і напівпровідникової сполуки типу Hg_1-xCr_xSe.

Створено новий автоматизований трисантиметровий спектрометр для дослідження напівпровідників та парамагнетиків з характеристиками, що не поступаються іншим спектрометрам цього класу. Автоматизація спектрометра дозволила прискорити процес вимірювання, мінімізувати суб'єктивні похибки при вимірюваннях, реалізувати процес реєстрації спектрів ЕПР с накопиченням і організувати високоточну та оперативну первинну обробку експериментальних даних.

Показано перевагу використання комплексу EHBACr^V у порівнянні з HMBACr^V у поляризованих дейтронних мішенях внаслідок його кращої розчинності у дейтерированному пропандіолі і більшого на 20% часу ядерної спін-ґратової релаксації. Встановлено, що для зразків з EHBACr^V основним механізмом динамічної поляризації ядер є динамічне охолодження з “випаленою діркою”. Визначено оптимальну, з точки зору отримання максимальної величини ядерної поляризації, концентрацію парамагнітних центрів N=1,2·10²⁰ см^-3. Показано вплив на динамічну поляризацію ядер бістабільності, що виникає у електронній спіновій підсистемі в умовах перевищення величини кванта електромагнітного випромінювання над енергією теплового розупорядкування при насиченні електронного переходу.

Встановлено наявність магнітного упорядкування в напівпровіднику Hg_1-xCr_xSe при температурах вищих за азотну. Запропоновано фізичну модель, згідно з якою феромагнітні властивості Hg_1-xCr_xSe обумовлені наявністю включень феромагнітної сполуки HgCr₂Se₄.

Ключові слова: магнітне упорядкування, поляризована ядерна мішень, динамічна поляризація ядер, напівмагнітний напівпровідник, спінова бістабільність, спінова дифузія, спін-ґратова релаксація, електронний парамагнітний резонанс.



АННОТАЦИЯ

Карелин С. Ю. Резонансное взаимодействие электромагнитного излучения с парамагнитными ионами хрома в соединениях EHBACr^V и Hg_1-xCr_xSe.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.03 - радиофизика. - Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины, г. Харьков, 2005 г.

Диссертация посвящена экспериментальному исследованию методами магнитного резонанса двух типов соединений, имеющих хром в качестве парамагнитной примеси, а именно: веществ поляризованных ядерных мишеней - растворов в 1,2-пропандиоле комплексов EHBACr^V и HMBACr^V и полупроводникового соединения типа Hg_1-xCr_xSe.

Впервые проведены комплексные спектроскопические исследования электронной и ядерной спиновых подсистем раствора комплекса EHBACr^V в пропандиоле и его дейтерированном аналоге как вещества поляризованных ядерных мишеней. Определены основные спектроскопические параметры этого вещества, а именно: ширина линии ЭПР, g-фактор, времена электронной спин-спиновой релаксации и ядерной спин-решеточной релаксации. Подтверждена хорошая растворимость комплекса EHBACr^V в дейтерированном пропандиоле на основании того факта, что поведение спектров ЭПР растворов комплекса EHBACr^V в пропандиоле и его дейтерированном аналоге практически одинаково. Установлено, что из-за большего экранирования атома хрома в комплексе EHBACr^V, по сравнению с HMBACr^V, время ядерной спин-решеточной релаксации для раствора в пропандиоле комплекса EHBACr^V на 20% больше, чем для вещества с HMBACr^V. Поэтому для ПЯМ с EHBACr^V достижимая поляризация ядер будет при прочих равных условиях на 20% больше, чем с HMBACr^V. Определено, что доминирующим механизмом динамической поляризации ядер для растворов комплекса EHBACr^V в пропандиоле является динамическое охлаждение с “выжженной дырой”.

В результате экспериментального исследования переходных процессов в ядерной спиновой подсистеме установлено, что для веществ ПЯМ с EHBACr^V при концентрации ПЦ N?1,2·10²⁰см^-3 процесс релаксации определяется наличием эффективной диффузии ядерной спиновой температуры. При концентрациях ПЦ N>1,2·10²⁰см^-3 увеличивается количество ядерных спинов, которые релаксируют за счет непосредственного взаимодействия с электронным спином без участия спиновой диффузии, поэтому время ядерной спин-решеточной релаксации уменьшается. Эти данные свидетельствуют о том, что именно концентрация парамагнитных центров N=1,2·10²⁰ см^-3 является оптимальной, с точки зрения получения максимальной величины ядерной поляризации.

Показано отрицательное влияние на динамическую поляризацию ядер бистабильности, возникающей в электронной спиновой подсистеме в условиях превышения величины кванта электромагнитного излучения над энергией теплового разупорядочения при насыщении электронного перехода. Для веществ поляризованных ядерных мишеней, характеризуемых сильным электронно-ядерным взаимодействием, определена область значений параметров электронной спиновой подсистемы в условиях ее насыщения, при которых появляется спиновая бистабильность.

Создан новый автоматизированный трехсантиметровый спектрометр для исследования полупроводников и парамагнетиков с чувствительностью 5·10¹⁰ спин/Э, не уступающей другим спектрометрам данного класса. Обеспечена возможность проведения измерений в широком диапазоне температур 4,2К<T<300К. Точность управления магнитным полем составляет ±1,5Э при сохранении возможности изменения магнитного поля в диапазоне 0<H<7кЭ, что позволяет регистрировать как относительно узкие линии с тонкой и сверхтонкой структурой, так и предельно широкие линии ЭПР. Автоматизация спектрометра позволила ускорить процесс измерения, минимизировать субъективные ошибки при измерениях, реализовать процесс регистрации спектров ЭПР с накоплением и организовать высокоточную и оперативную первичную обработку экспериментальных данных. Разработан эффективный алгоритм обработки экспериментальных спектров ЭПР, позволяющий определять их характеристики путем аппроксимации экспериментальных спектров теоретическими. Для тестирования спектрометра ЭПР была исследована серия образцов хорошо изученного полумагнитного полупроводника Cd_1-xMn_xTe.

...