Оптическая спектроскопия наноразмерных эффектов в электронно-коррелированных материалах

• Автор: Жукова, Елена Сергеевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава I. Особенности физических свойств материалов с электронными кор реляциями
1.1. Фазовая диаграмма редкоземельных манганитов со структурой перовскита
1.1.1. Основные физические свойства манганитов
1.1.2. Зарядовое упорядочение в передопированных манганитах
1.1.3. Особенности физических свойств наноструктурированных манганитов
1.2. Магнитонеупорядоченные материалы ц состояние спинового стекла
1.2.1. Физические свойства спиновых стёкол
1.2.2. Транспортные свойства и влияние ферромагнитных нанокластеров
1.2.3. Теоретические модели и открытые вопросы
1.3. Материалы кремниевой оптоэлектроники
1.3.1. Нанопористый кремний
1.3.2. Гетероструктуры германий-кремний с квантовыми точками
Глава II. Методы оптической спектроскопии проводящих материалов
2.1. Терагерцовая-субтерагецовая ЛОВ-спекгроскопия
2.1.1. Принципы ЛОВ-спектроскопии
2.1.2. Характеристики ЛОВ-спектрометра
2.2. Инфракрасная Фурье-спектроскопия
2.2.1. Принцип Фурье-спектроскопии
2.2.2. Характеристики Фурье-спектрометра
2.3. Оптическая эллипсометрия
2.3.1. Принцип эллипсометрии
2.3.2. Характеристики оптического эллипсометра
2.4. Методика анализа экспериментальных данных
2.4.1. Функция диэлектрического отклика
2.4.2. Теория эффективной среды
2.4.3. Анализ экспериментальных спектров

Глава 111. Электродинамические свойства наноструктурированных манганитов состава Гао.25Сао.75МпОз
3.1. Синтез и характеризация исследованных образцов
3.2. Ианоразмерные эффекты и природа основного состояния Гао.гзСаодзМпО;
3.3. Низкочастотная релаксация в терагерцовых спектрах Lao.2sCao 75М11О3
Выводы к Главе III
Глава IV. Локализация электронов проводимости и ферромагнитные нанокластеры в концентрированных растворах Aui_xFe4
4.1. Приготовление и характеризация образцов
4.2. Наноразмерная кластеризация в концентрированных растворах Aui_xFex
4.2. Локализация электронов проводимости, вовлеченных в обменное РККИ-взаимодействие
Выводы к Главе IV
Глава V. Оптические свойства наноструктурированных полупроводниковых структур на основе кремния и германия
5.1. Приготовление и характеризация образцов нанопористого кремния
5.2. Диэлектрические свойства нанопористого кремния
5.3. Терагерцовая проводимость массива квантовых точек германия в гетероструктурах германий-кремний
Выводы к Главе V
Заключение
Список цитируемой литературы

Введение
В настоящее время пристальное внимание исследователей уделяется физическим явлениям, происходящим на наномасштабных расстояниях. Это обусловлено, с одной стороны, активным применением наноразмерных объектов и эффектов в самых различных областях науки и техники — в микроэлектронных технологиях, биоинженерии, медицине, химии, физике и многих других. С другой стороны, наномасштабные явления, носящие принципиально квантовый характер и нехарактерные для макромира, представляют несомненный! фундаментальный интерес и способствуют развитию новых научных концепций. Особо интересными, как для экспериментаторов, так и для теоретиков, представляются наноразмерные особенности в проводящих материалах и возможность контролировать такие особенности не только внешними воздействиями (температура, давление, магнитное и электрическое поле), но также и за счет трансформаций структуры объектов. Так, при наноструктурировании кардинальное изменение может претерпевать такая фундаментальная характеристика проводника, как энергетический спектр его электронной подсистемы, что может приводить к появлению щелевых особенностей в электронном спектре или даже к переходу материала из проводящего состояния в диэлектрическое.
Наноразмерные явления в проводниках приобретают дополнительное многообразие, если носители тока в них оказываются коррелированными, т.е. сильно взаимодействующими между собой. Межэлектронные корреляции порождают массу ярких физических явлений, таких, например, как высокотемпературная сверхпроводимость, колоссальное магнетосопротивление или тяжёлые фермионы. В подобных материалах необходимость рассмотрения эффектов, происходящих на наномасштабах, обусловлена двумя факторами. Так, сама природа многочастичных взаимодействий может быть причиной возникновения в объекте пространственных областей с различными физическими свойствами, имеющими протяжённость от нескольких нанометров до десятков и сотен нанометров. Особенности поведения таких нанокластеров и их окружения и формируют самосогласованным образом физические свойства системы в целом. В качестве примеров можно привести фазовое расслоение и страйпы в манганитах [1], страйповую структуру в сверхпроводящих купратах и пниктидах железа [2], возникновение ферромагнитных кластеров в концентрированных интерметаллических растворах [3], сверхпроводимость в фуллеренах [4]. Кроме того, искусственная структуризация объектов также может качественно изменять их свойства. Например, в нанопористом кремнии реализуются условия для фотолюминесценции в видимой области спектра [5]; с уменьшением размеров
величины, усредненные по разупорядоченным связям. В рамках такого подхода оказывается возможным получить богатый набор феноменологических характеристик спинстекольной фазы, включая нарушение принципа эргодичности, которое не связано с каким-либо нарушением симметрии, а также аномалии магнитной восприимчивости, обусловленные вырождением основного состояния. Второй подход [87, 88] основан на рассмотрении спиновых кластеров (капель) размера Ь, возникающих при охлаждении материала. Динамика спинового стекла рассматривается на языке низкоэнергетических возбуждений в системе таких кластеров, характеризующейся наличием двух равновесных состояний, которые отвечают перевороту спина кластера. Энергия больших кластеров в среднем предполагается большей, чем энергия меньших кластеров, и, как результат, спинстекольная фаза не может быть разрушена возбуждением произвольно малой энергии. Подход основан на скейлинговых соотношениях между средней свободной энергией возбуждений и энергетическими барьерами, разделяющими равновесные состояния, с одной стороны, и размерами кластеров, с другой стороны.
Несмотря на обилие теоретических и экспериментальных исследований спиновых стекол, общего согласия относительно природы спинстекольного состояния нет, и большинство фундаментальных свойств спиновых стекол остаются понятыми не до конца. Так, активно обсуждается вопрос о том, является ли переход в фазу спинового стекла истинным термодинамическим фазовым переходом. Или же фазового перехода не происходит, и система ниже Те просто не успевает приходить в тепловое равновесное состояние за разумные времена, в течение которых проводится измерение. Кроме того, если при «стандартных» фазовых переходах низкотемпературная фаза становится более упорядоченной по сравнению с высокотемпературной и характеризуется ненулевым параметром порядка, то происходит ли нарушение симметрии при Тс, и что является параметром порядка для спинового стекла? Может ли вообще существовать фазовый переход с множеством параметров порядка? Неясно также, существует ли общая универсальность свойств спиновых стекол или следует различать такие универсальности отдельно для металлических и неметаллических или для изинговских и гайзенберговских систем. Не полностью объяснены низкотемпературные эффекты, связанные с памятью и гистерезисом. Неясны механизмы магнитных взаимодействий при увеличении концентрации магнитных моментов и переходе от режима спинового стекла к сплавам с магнитным упорядочением в подсистеме кластеров.