Межзонные оптические переходы на уровнях Ландау в висмуте при Т≥77 К

• Автор: Собченко, Сергей Олегович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Елец
• Количество страниц: 192 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Обзор экспериментальных и теоретических работ по исследованию зонной структуры висмута и сплавов висмут-сурьма
§1.1. Энергетическая структура висмута и сурьмы
§1.2. Модели энергетического спектра носителей заряда в висмуте
§1.3. Температурные зависимости магнитооптических осцилляций в полуметалле висмуте и сплавах висмут-сурьма
Глава 2. Метод экспериментального исследования квантовых осцилляций магнитоотражения в висмуте при температурах от 77 К до 280 К в импульсных магнитных полях до 17 Тл
§2.1. Описание установки для магнитооптического исследования полуметалла висмута
§2.2. Устройство держателя образца
§2.3. Получение и предварительная обработка осцилляционных кривых. Оценка погрешностей эксперимента Глава 3. Расчет формы линии магнитооптического эксперимента
§3.1. Решение уравнений Максвелла с граничными условиями в полосковой линии
§3.2. Расчет формы экспериментальной кривой по модифицированной модели Бараффа
§3.3. Расчет поправочных коэффициентов к матричным элементам оператора скорости в ультраквантовом пределе магнитных полей

Глава 4. Температурные зависимости магнитооптических осцилляций
§4.1. Магнитооптические осцилляции при В И Сх
§4.2. Магнитооптические осцилляции при В II С2
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Квантовые осцилляционные эффекты при изучении зонной структуры твёрдого тела дают наиболее обширную информацию о предмете исследования. Однако наблюдение их связано, как правило, с необходимостью проводить эксперимент в высоких магнитных полях и при низких температурах. Полуметалл висмут даёт уникальную возможность из-за малости эффективных циклотронных масс проводить эксперимент в магнитных полях достижимых с применением относительно простого оборудования, а особенности энергетического спектра висмута делают его модельным материалом при исследовании гальваномагнитных свойств твёрдых тел. Однако исследования зонной структуры в диапазоне температур 77—280 К с применением методов, опирающихся на гальвано-магнитные, термоэлектрические и термомагнитные эффекты ограничено тем, что кинетические коэффициенты зависят не только от зонной структуры, но и от механизмов рассеяния носителей заряда, которые могут изменяться с температурой, родом и количеством введённой примеси. Поэтому из эксперимента довольно трудно получить картину зонной структуры исследуемого материала.
Исследования межзонных оптических переходов электронов на уровнях Ландау валентной зоны и зоны проводимости висмута позволяют включить квантовомеханическое рассмотрение процессов, происходящих в исследуемом кристалле в широком интервале температур. Измерения в оптическом диапазоне в значительной степени уменьшают влияние рассеяния на окончательный вид получаемых спектров магнитопропускания. Так, осцилляции магнитоотражения или магнитопропускания в ИК области являются единственным квантовым эффектом в полуметаллах, наблюдаемым при температуре кипения жидкого азота и выше, вплоть до комнатной. Резонансные переходы на уровнях Ландау дают информацию о

«-3-КТ5еУ-К-',
(1.3.18)
а найденная в работе [33] производная:
8 Ед .дТ.
* 5-1(Г5еУ-К~'.
(1.3.19)
Таким образом, наблюдаемая температурная динамика ширины запрещенной зоны положительна, несмотря на отрицательный вклад барической составляющей. Следовательно, в висмуте при температуре жидкого азота вклад фононов в изменение Е(, превалирует над слагаемым, связанным с тепловым расширением решетки. В целом, рост Ео с температурой является нетипичным для классических полупроводников, и наблюдается лишь в полуметаллах и узкозонных полупроводниках, что отмечалось, в частности, в работе [55].
Отметим, что при комнатной температуре производная энергетического зазора согласно [56] увеличивается до:
В то же время, барическая производная изменяется незначительно, так как механические константы монокристаллов висмута слабо зависят от температуры при Т>80 К. Это подтверждает рост влияния фононов на параметры энергетического спектра для температур выше дебаевской.
Анализ осцилляций магнитоотражения, связанных с межзонными переходами, позволил определить температурную зависимость параметра Е0/гпс для легкой бинарной, лёгкой и тяжёлой биссекторной масс. Полученные в работе [50] данные позволили получить следующие зависимости для указанного параметра:
(1.3.20)
(Еа/тс)БИн(Т)=7.329-(9.5-10"3)-Т-(5.0-10"б)-Т2,
(Е0/тс)Бисс.ЛЕг.(Т)=8.1991 -(8.4-10'3)-Т-( 1.7-10'5)-Т2, (1.3.21)
(Ео/тс)Бисс.тяж.(Т)=4.237-(2.9-10-3)-Т-(1.7-10-5)-Т2.