Применение отрицательных мюонов для исследования акцепторных центров в кремнии

• Автор: Стойков, Алексей Витальевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 114 с.

Оглавление
Введение

Глава 1. Особенности поведения отрицательных мюонов

в веществе

1.1 Атомный захват рг

1.2 Поведение поляризации рГ в 18-состоянии мюонного атома

1.3 Формирование акцепторного центра

при имплантации отрицательного мюона в кремний

Глава 2. Экспериментальный метод

2.1 Спектроскопия временных интервалов

2.2 Основные характеристики используемых

//БИ-спектрометров (МЮСПИН, вРО)
2.3 Установка МЮСПИН
2.4 Восстановление функции поляризации спина рГ
из экспериментальных /г^БК-спектров
Глава 3. Мелкие акцепторные центры в кремнии. Современное состояние теоретических и экспериментальных исследований
3.1 Теоретическое описание мелких примесных центров в методе “эффективной массы”
3.2 Изучение магнитных взаимодействий мелких акцепторов резонансными методами
3.3 Обнаружение релаксации и сдвига частоты прецессии спина отрицательного мюона в кремнии

Глава 4. ц БК-исследование мелких акцепторных центров
в кремнии
4.1 Определение константы сверхтонкого взаимодействия
в акцепторном центре, образованном атомом А1 в Бі
4.2 Изучение механизмов релаксации магнитного момента мелкого акцепторного центра в кремнии
4.3 Определение коэффициента захвата электронов
зоны проводимости нейтральным атомом алюминия в кремнии
4.4 Поведение сдвига частоты прецессии спина мюона в сильно легированном р-типа кремнии
Глава 5. Создание /лвК-спектрометра на пучке “поверхностных”
мюонов фазотрона ЛЯП ОИЯИ
5.1 Конструкция и состав установки
5.2 Описание схемы триггера
5.3 Результаты тестовых измерений и параметры установки
Заключение
Благодарности
Приложение 1. Определение вероятности нахождения мА1-акцепторного центра в неионизованном состоянии в условиях термодинамического равновесия в кремнии
Список литературы

Введение
Датой рождения мюонного метода исследования вещества можно считать 1957 год, когда Гарвин, Лидерман и Вейнрих [1] обнаружили нарушение четности в цепочке слабых распадов: тт* -> д* -> е±.
Несохранение четности при распаде 7г-мезона проявляется в том, что, в системе покоя 7г-мезона, мюон рождается со 100% поляризацией спина вдоль направления своего импульса. Несохранение четности при распаде поляризованного мюона приводит к асимметрии вылета электрона распада относительно направления спина мюона. В эксперименте Гарвина и др. была обнаружена прецессия вектора поляризации мюонов, остановившихся в веществе, во внешнем магнитном поле, приложенном перпендикулярно начальному направлению вектора поляризации. Кроме того, наблюдалась частичная потеря начальной поляризации положительных мюонов в ядер-ной эмульсии, в то время как в графите потери поляризации не было. В отличие от положительных мюонов, оказалось, что отрицательные мюоны, имплантированные в среду, сильно деполяризуются. Данные эксперименты показали, что мюон (/и+, /г) подвержен процессам деполяризации в веществе, которые зависят, во-первых, от знака заряда мюона и, во-вторых, от материала образца. Стало очевидно, что найден новый микроскопический зонд для исследования свойств твердого тела.
Вскоре после этого, также в 1957 году, Фридман и Телегди [2] предположили, что частичная потеря поляризации положительных мюонов может быть обусловлена образованием атомарного мюония (Ми = р+ е~), который является аналогом атомарного водорода (его легким изотопом).
В 60-х годах были начаты систематические исследования в области физики и химии конденсированного состояния вещества с использованием мюона в качестве элементарного магнитного зонда. Данный эксперимен-

вания в диапазоне 0 — 6000 Гс. Другой магнит используется для проведения экспериментов в продольном магнитном поле до 7000 Гс. Питание магнитов током до 20 А осуществляется блоком ВСТН-20 производства РНЦ “Курчатовский институт”. Относительная стабильность тока не хуже 10~4, что позволяет с такой же стабильностью получать поля до 800 Гс в магните, создающем перпендикулярное поле. В экспериментах с полями большей величины используются мотор-генераторы системы питания трактов пучков фазотрона, обеспечивающие стабильность магнитного поля не хуже КГ 3.
Для измерения магнитных полей используется метод ядерного магнитного резонанса в проточной воде [47]. Достоинствами такого способа измерения полей являются высокая точность измерений и широкий диапазон исследуемых магнитных полей. Действие такого магнитометра основано на том, что в магнитных полях порядка нескольких килогаусс вода поляризуется. Возникшая поляризация протонов воды сохраняется в течение 1—5 секунд. В измеряемом магнитном поле В при совпадении частот ларморов-ской прецессии спина протона и радиочастотного поля, создаваемого перестраиваемым генератором, в катушке нутации происходит деполяризация воды (/res = 7нВ, 7н = 2.457 кГц/Гс). Степень поляризации воды измеряется с помощью колебательного контура порогового генератора, помещенного в анализирующий магнит, по уменьшению его добротности. При протекании через катушку индуктивности неполяризованной воды, добротность контура падает и генерация срывается, что приводит к исчезновению сигнала ЯМР. Диапазон измеряемых магнитных полей составляет 0.1—7000 Гс. Точность измерения магнитного поля не хуже 10"4 в полях выше 10 Гс и не хуже, чем 10 '2 при измерении полей до 1 Гс.
Для проведения измерений с изменением температуры образцов в диапазоне 4.2 — 300 К используются криостаты [48] проточного типа. Регулирование температуры образца, достигается изменением температуры паров жид-