Вплив домішок зі змінною валентністю на фізичні властивості твердих розчинів на основі телуридів свинцю, олова та германію

5. При дослідженні динамічної магнітної сприйнятливості р-Pb_1-x-y-zMn_xSn_yEu_zTe в залежності від складу в області 1,3ч150 К встановлено, що із збільшенням вмісту Eu в р-Pb_1-x-y-zMn_xSn_yEu_zTe температура Кюрі, T_C, зменшується. Висунуто гіпотезу, що зменшення T_C пов'язано із впливом іонів Eu на параметри зонного спектра, зокрема на локалізацію У-зони важких дірок в твердому розчині. Очевидно, в даному випадку основний внесок в обмінну взаємодію Рудермана-Кіттеля-Касуя-Іосіди між іонами марганцю вносять важкі дірки У-зони. Розрахунки, проведені на основі двозонної моделі із застосуванням спрощених наближень, підтвердили дану гіпотезу.

6. Попередні дослідження показали, що в р-Ge_1-x-уMn_xEu_yTe (х=0,07; у=0,04) завдяки наявності двох типів магнітних іонів температура Кюрі, Т_С, сильно зростає порівняно з р-Ge_1-xMn_xTe ~160 К проти 40 К при тому ж вмісті Mn. Оскільки залежність Т_с=f(N_Mn) в р-Ge_1-xMn_xTe виходить на насичення з максимальним значенням Т_С=160 К при х=0,5, можна прогнозувати значне зростання Т_С в р-Ge_1-x-уMn_xEu_yTe при збільшенні значень х і у.

7. На основі досліджень температурних і польових залежностей ефекту Холла, питомого опору та намагніченості визначено аномальний коефіцієнт Холла, R_S, в р-Sn_0,92Mn_0,06Eu_0,02Te та р-Sn_0,878Mn_0,12Er_0,002Te. Виявлена на залежності R_S(Т) інверсія знаку пов'язується із зміною співвідношення між боковим і кутовим розсіюванням при зміні температури.

8. За результатами досліджень ЕПР встановлено, що в невідпалених зразках In_1-xMn_xSe (x=0,0125) існують дві різні домішкові підсистеми - в кристалічному шарі і в міжшаровому просторі. Встановлено, що в обох підсистемах в області температур 300ч140 К між іонами Mn діє феромагнітна обмінна взаємодія, в той час як в інтервалі 140ч77 К - антиферомагнітна. Наявність магнітних гістерезисів та характер температурної залежності динамічної магнітної сприйнятливості вказують на встановлення при Т77 К тривимірного феромагнітного порядку в кластерах домішкових іонів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ivanchik I.I., Khokhlov D.R., Morozov A.V., Terekhov A.A., Slyn'ko E.I., Slyn'ko V.Е., de Visser A., Dobrowolski W.D. Giant negative magnetoresistance effect in PbTe(Yb,Mn) // Phys. Rev. B. -2000. - Vol. 61, N 22. - P. 14889-14892.

2. Слинько В.Є. Експоненційний характер розподілу домішок у сполуках A^IVB^VI //Вісник Львівського ун-ту. Серія фізична. -2001. - Вип. 34. - С. 291-295.

3. Khokhlov D., Ivanchik I., Kozhanov A., Morozov A., Slynko E., Slynko V., Dobrowolski W., Story T. Negative magnetoresistance in PbTe(Mn, Cr) // International Journal of Modern Physics B. -2002. - Vol. 16, Nos. 20, 21 & 22. - Р. 3343-3346.

4. Racka K., Kuryliszyn I., Arciszewska M., Dobrowolski W., Broto J. -M., Portugall O., Rakoto H., Raquet B., Dugaev V., Slynko E.I., and. Slynko V.Е. Anomalous Hall Effect in Sn_1-x-yMn_xEu_yTe and Sn_1-x-yMn_xEr_yTe Mixed Crystals // Journal of Superconductivity: Incorporating Novel Magnetism. - 2003. -Vol. 16, No. 2. - Р.289-291.

5. Морозов А.В., Кожанов Е.А., Артамкин А.И., Слынько Е.И., Слинько В.Е., Dobrowolski W.D., Story T., Хохлов Д.Р. Стабилизация уровня Ферми и отрицательное магнитосопротивление в PbTe (Mn,Cr) // ФТП. - 2004 -Т. 38, Вып. 1. - С. 30-33.

6. Скипетров Е.П., Зверева Е.А., Волкова О.С., Голубев А.В., Моллаев А.Ю., Арсланов Р.К., Слынько В.Е. Электронные структурные переходы в сплавах Pb_1-x Ge_x Te:Ga // ФТП. - 2004. - Т.38, Вып.10. - С. 1199-1202.

7. Slyn'ko V.V., Khandozhko A.G., Kovalyuk Z.D., Slyn'ko V.E., Zaslonkin A.V., Arciszewska M., Dobrowolski W. Ferromagnetic states in the In_1-xMn_xSe layered crystal // Phys. Rev. B. -2005. -Vol.71, N24. - P.245301-245301-5.

8. Слынько В.В., Хандожко А.Г., Ковалюк З.Д., Заслонкин А.В., Слынько В.Е., Arciszewska M., Dobrowolski W. Слабый ферромагнетизм в слоистых кристаллах InSe:Mn // ФТП. - 2005. - Т.39, Вып. 7. - C.806-810.

9. Скипетров Е.П., Зверева Е.А., Дмитриев Н.Н., Голубев А.В., Слынько В.Е. Стабилизация уровня Ферми резонансным уровнем галлия в сплавах Pb_1-xSn_xTe // ФТП. - 2006. - Т. 40, Вып. 8. - С. 922-926.

10. Kuryliszyn-Kudelska I., Dobrowolski W., Arciszewska M., Domukhovski V., Dugaev V.K., Slyn'ko V.E., Slyn'ko E.I., Fita I.M. Curie temperature control by band parameters tuning in Pb_1-x-y-zMn_xSn_yEu_zTe // Semicond. Sci. Technol. - 2006. - Vol. 21. - P. 1083-1089.

11. Скипетров Е.П., Голубев А.В., Слынько В.Е. Резонансный уровень галлия в сплавах Pb_1-xSn_xTe под давлением // ФТП. - 2007. - Т. 41, Вып.2. - С. 149-153.

12. Слинько В.Є.. Про експоненційний характер розподілу домішок в телуридах олова і свинцю// Міжнародна конференція студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики ЕВРІКА-2001. Тези доповідей. - Львів. - 2001, 16-18 травня. - С. 142-143.

13. Racka K., Kuryliszyn I., Arciszewska M., Dobrowolski W., Slyn'ko E.I., Slyn'koV.E. Anomalous Hall Effect in Sn_1-x-yMn_xEu_yTe and Sn_1-x-yMn_xEr_yTe Mixed Crystals// XXX International School on the Physics of Semiconducting compounds. - Jaszowiec (Poland). - 2001, June 1-8. - P. 125.

14. Волкова О.С., Голубев А.В., Слынько В.Е., Скипетров Е.П., Зверева А.З. Энергетический спектр сплавов Pb_1-xGe_xTe:Ga под давлением // Тезисы докладов 5-й Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто - и наноэлектронике. - Санкт-Петербург (Россия). - 2003, 1-5 декабря. - С. 4.

15. Скипетров Е.П., Зверева Е.А. Волкова О.С., Голубев А.В., Слынько В.Е. Фотопроводимость сплавов Pb_1-xGe_xTe, легированных галлием и иттербием// Тезисы докладов ХVIII Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения. - Москва (Россия). - 2004, 25-28 мая. - С. 93.

16. Скипетров Е.П., Зверева Е.А., Дмитриев Н.Н., Голубев А.В., Слынько В.Е. Глубокие уровни галлия в сплавах Pb_1-xSn_xTe// II Українська наукова конференція з фізики напівпровідників. - Чернівці-Вижниця (Україна). Тези доповідей. Т. 2. - 2004, 20-24 вересня. - С. 63.

17. Skipetrov E.P., Golubev A.V., Dmitriev N.N., Slyn'ko V.E. Gallium-induced resonant level in Pb_1-xSn_xTe under pressure// Proc. JOINT 20^th AIRAPT & 43^th EHPRG International Conference on High Pressure Science and Technology. - Karlsruhe (Germany). - 2005. - Р.T3 -P111-1-4.

18. Skipetrov E.P., Golubev A.V., Slyn'ko E.I., Slyn'ko V.E. Deep impurity states in Pb_1-xSn_xTe doped with gallium// Abstracts 23^rd International Conference on Defects in Semiconductors. - Awaji Islands, Hyogo, Japan. - 2005. - Р.TuP.88.

19. Dobrowolski W., Brodowska B., Arciszewska M., Kuryliszyn-Kudelska I., Domukhovski V., Wojcic M., Slyn'ko V.E., Slyn'ko E.I., Dugaev V.K. Magnetic Properties of Ge_1-x-yMn_xEu_yTe Mixed Crystals // 28th International Conference on the Physics of Semiconductors, ICPS 2006. - Vienna (Austria). - 2006, 24-28 July.

20. Brodowska B., Dobrowolski W., Kuryliszyn-Kudelska I., Arciszewska M., Wojtowicz Т., Slynko E.I., Slynko V.E., Liu X. and Furdyna J.K. Magnetoresistance in the vicinity of ferromagnet - paramagnet phase transition in semimagnetic semiconductors// XXXVI International School on the Physics of Semiconducting Compounds. - Jaszowiec (Poland). - 2007, June 1-8. - P. 39.

Список використаних джерел:

21. Белогорохов А.И., Иванчик И.И., Попович З., Ромчевич Н., Хохлов Д.Р. Структура DX-подобных центров в узкозонных полупроводниках А^IVB^VI, легированных элементами III группы //ФТП. - 1998. - Т. 32, N6. - С. 679-683.

22. Волков Б.А., Рябова Л.И., Хохлов Д.Р. Примеси с переменной валентностью в твердых растворах на основе теллурида свинца // Успехи физических наук. - 2002. - Т. 172, N 8. - С. 875-906.

23. Skipetrov E.P., Zvereva E.A., Skipetrova L.A., Belousov V.V., Mousalitin A.M. Gallium-induced defect states in Pb_1-xGe_xTe // J. Cryst. Growth. - 2000. - V. 210, N3. - P. 292-295.

24. Шкловский Б.И., Эфрос А.Л. Электронные свойства легированных полупроводников. М. Наука, 1979. - 416 с.

АНОТАЦІЯ

Слинько В.Є. Вплив домішок зі змінною валентністю на фізичні властивості твердих розчинів на основі телуридів свинцю, олова та германію. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 - фізика напівпровідників і діелектриків. - Чернівецький національний університет ім. Юрія Федьковича, Чернівці, 2007.

Дисертація присвячена експериментальному дослідженню впливу домішок із змінною валентністю (Ga, Mn, Cr, Yb, Eu, Er) на фізичні властивості твердих розчинів на основі PbTe, SnTe і GeTe, які є перспективними матеріалами для застосування в оптоелектроніці та спіновій електроніці.

Встановлено експоненційний характер розподілу домішок (висхідний і низхідний) та його зв'язок з атомною вагою компонентів твердих розчинів. Запропоновано моделі перебудови енергетичного спектра носіїв заряду під дією тиску в n-PbGeTeGa та при зміні тиску і складу матриці - в n-PbSnTeGа. Виявлено унікальне фізичне явище гігантський від'ємний магнітоопір (падіння опору майже на три порядки) в р-PbMnYbTe і від'ємний магнітоопір з амплітудою 30 % величини - в n-PbMnCrTe. Встановлено, що із збільшенням вмісту Eu в PbMnSnEuTe температура Кюрі (Т_С) зменшується. Введення Eu в GeMnTe, навпаки, значно збільшує Т_С твердого розчину р-GeMnEuTe. Досліджено аномальний ефект Холла в р-SnMnEuTe і р-SnMnErTe. Встановлено існування двох різних домішкових підсистем в невідпалених шаруватих кристалах In_1?xMn_xSe (х=0,0125) - в кристалічному шарі і в міжшаровому просторі. При Т77 К виникає тривимірний феромагнітний порядок в кластерах домішкових іонів.

Ключові слова тверді розчини, домішки із змінною валентністю, від'ємний магнітоопір, температура Кюрі, аномальний ефект Холла, шаруваті кристали, домішкові підсистеми.

АННОТАЦИЯ

Слынько В.Е. Влияние примесей с переменной валентностью на физические свойства твердых растворов на основе теллуридов свинца, олова и германия. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков. - Черновицкий национальный университет им. Юрия Федьковича, Черновцы, 2007.

Диссертация посвящена экспериментальному исследованию влияния примесей с переменной валентностью (Ga, Mn, Cr, Yb, Eu, Er) на физические свойства твердых растворов на основе PbTe, SnTe и GeTe, перспективных материалов для применения в оптоэлектронике и спиновой электронике.

Концентрация примесей и состав твердых растворов определялись методом рентгеновского флуоресцентного анализа. Установлен экспоненциальный характер распределения примесей в слитках (восходящий и нисходящий) и его связь с атомным весом компонентов твердых растворов.

Исследовано влияние давления на характер движения глубокого уровня галлия (Е_Ga1), который стабилизирует уровень Ферми (УФ) в запрещенной зоне, относительно краев разрешенных зон n-PbGeTeGa. Измерения температурных зависимостей удельного сопротивления, с(T), и коэффициента Холла, R(T), проведены на образцах с х=0,06 и N_Ga?1,5ч2 мол. % в интервале 4,2ч300 К и магнитных полях В?0,1 Тл при наложении давления Р7 кбар. Предложена диаграмма перестройки энергетического спектра носителей заряда в n-PbGeTeGa под давлением. С увеличением Р ширина запрещенной зоны уменьшается, а положение уровня Е_Ga1 относительно дна зоны проводимости остается постоянным. Поэтому при некоторых значениях Р уровень Е_Ga1 последовательно пересекает середину запрещенной зоны и вершину валентной зоны, индуцируя n-p-конверсию и переход диэлектрик-металл.

Чтобы однозначно решить вопрос о стабилизации УФ резонансным уровнем Е_Ga, расположенным в зоне проводимости, аналогичные исследования гальваномагнитных свойств от давления проведены на образцах n-Pb_1-xSn_xTeGa (x=0,21, N_Ga=2,2 мол. %). Как следует из барических зависимостей n(P), концентрация электронов (n) монотонно увеличивается с ростом Р, что является прямым экспериментальным подтверждением стабилизации УФ резонансным уровнем Е_Ga. Перестройка электронной структуры под давлением приводит к перераспределению электронов между зоной проводимости и резонансным уровнем и, в результате, к увеличению n. Стабилизация УФ резонансным уровнем Е_Ga также подтверждается при исследовании гальваномагнитных свойств n-Pb_1-xSn_xTeGa от состава х (х=0,09ч0,21).

В р-Pb_1-х-уMn_хYb_уTe (при х=0,0239 и у=0,0054) со стабилизированным УФ в запрещенной зоне вблизи вершины валентной зоны обнаружен уникальный эффект - гигантское отрицательное магнитосопротивление. При увеличении магнитного поля до 5ч6 Тл сопротивление образца при Т=4,2 К падает до 2,5 ·10³ против 10⁶ Ом·см при Н?1Тл. Аналогичный эффект, но со значительно меньшей амплитудой (30 % величины), наблюдается в n-Pb_1-х-уMn_хCr_уTe (х=0,091; у=0,082) cо стабилизированным УФ в запрещенной зоне вблизи дна зоны проводимости. Сделан вывод, что природа эффекта отрицательного магнитосопротивления связана с особенностями проводимости по примесной зоне в магнитном поле.

Исследования динамической магнитной восприимчивости, ч_ac, показали, что наличие двух примесей, Mn и Eu, в матрице по-разному влияет на температуру Кюри (Т_С) в р-PbMnSnEuTe и р-GeMnEuTe. В первом случае с увеличением содержания Eu величина Т_С уменьшается, во втором - наоборот, увеличивается. Как следует из качественного анализа, основной вклад в РККИ-обменное взаимодействие между ионами Mn в р-PbMnSnEuTe вносят тяжелые дырки У-зоны. Механизм роста Т_С в р-GeMnEuTe по сравнению с GeMnTe (160 К против 40 К при той же концентрации Mn) на данном этапе не ясен. Приводятся также результаты исследования аномального эффекта Холла в р-SnMnEuTe и р-SnMnErTe.

На основании исследований электронного парамагнитного резонанса, динамической магнитной восприимчивости и намагниченности установлено существование двух разных примесных подсистем в неотожженных слоистых кристаллах In_1?xMn_xSe (x=0,0125) - в кристаллическом слое и в межслоевом пространстве. При Т77 К возникает трехмерный ферромагнитный порядок в кластерах примесных ионов.

Ключевые слова твердые растворы, примеси с переменной валентностью, стабилизация уровня Ферми, отрицательное магнитосопротивление, температура Кюри, аномальный эффект Холла, слоистые кристаллы, примесные подсистемы.

ABSTRACT

Slyn'ko V.E. Influence of impurities with mixed valence on physical properties of solid solutions on the basis of lead, tin and germanium tellurides. - Manuscript.

Thesis for a candidate scientific degree in Physical and Mathematical sciences by specialty 01.04.10 - physics of semiconductors and dielectrics. - Chernivtsi National University, named after Yuriy Fed'kovych, Chernivtsi, 2007.

The thesis is devoted to experimental examination of influence of impurities with mixed valence (Ga, Mn, Cr, Yb, Eu, Er) on physical properties of solid solutions on the basis PbTe, SnTe and GeTe, which are perspective materials for application in optoelectronics and spin electronics.

The exponential character of distribution of impurities and its connection with the atomic weight of the solid solution components were ascertained. It is proposed the models of reorganization of the energy spectrum of charge carriers under the action of pressure in n-PbGeTeGa and at the change of pressure and composition - in n-PbSnTeGa. The new physical effect is discovered huge negative magnetoresistance (resistance decreases almost on three order) - in p-PbMnYbTe and negative magnetoresistance with amplitude 30 % of quantity - in n-PbMnCrTe. It is determined, that temperature Curie in PbMnSnEuTe decreases with magnification of the Eu content. The introduction of the Eu ions in GeMnTe, on the contrary, considerably increases temperature T_C in the GeMnEuTe solid solution. The anomalous Hall effect has been investigated in SnMnEuTe and SnMnErTe. It is found that two different impurity subsystems exist in the as-grown In_1?xMn_xSe crystals (x=0.0125): the first one inside the crystal layer and the second one in the interlayer space. At low temperatures, below 77 K, three-dimensional ferromagnetic order arises in the as-grown samples.

Key words solid solutions, impurity with mixed valence, stabilization of a Fermi level, negative magnetoresistance, temperature Curie, anomalous Hall effect, layered crystals, impurity subsystems.

Размещено на Allbest.ru