Исследование электронных и магнитных свойств многокомпонентного магнитного полупроводника CuFeS2

• Автор: Хабибуллин, Илдар Хайдарович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 101 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. Кристаллическая структура и физические свойства халькопирита СиРе8>
1.1. Кристаллическая структура
1.2. Электрические свойства
1.3. Магнитные свойства
ГЛАВА II. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА И ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
2.1. Измерение проводимости и эффекта Холла в полупроводниках
2.2. Измерение магнитной восприимчивости
2.3. Методика измерения и математической обработки мессбауэровских 48 спектров
2.4. Радиоспектрометр импульсный ИСШ
ГЛАВА III. ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА МАГНИТНОГО
ПОЛУПРОВОДНИКА СиГеУ,
3.1. Введение
3.2. Электропроводность и эффект Холла в халькопирите
Заключение к главе III
ГЛАВА IV. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ХАЛЬКОПИРИТА СиРе32
4.1. Введение
4.2. Магнитная восприимчивость в халькопирите СиРеБг
4.3. Мессбауэровские спектры в халькопирите СиРе82
4.4. Спектры ЯМР 63,65Си в локальном поле халькопирита СиРе82
Заключение к главе IV
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время особое внимание уделяется многокомпонентным полупроводниковым соединениям, которые обладают большим разнообразием электрофизических и оптических свойств по сравнению с элементарными и бинарными полупроводниками. Среди них особое место занимают магнитные полупроводники со структурой халькопирита -вещества, не только сочетающие магнитное упорядочение и типичную для полупроводников проводимость, но и обладающие уникальными физическими эффектами в результате взаимосвязи электронной и спиновой систем. Возможность вариации их химического состава, условий синтеза, легирования, позволяет управляемым образом получать материалы с широким спектром таких физических характеристик, как ширина запрещенной зоны, энергетическое положение полос излучения, тип проводимости и удельная электропроводность. Сложный энергетический спектр электронов и анизотропия оптических свойств позволяют создавать на основе халькопиритовых кристаллов фотодетекторы, элементы солнечных батарей, когерентные и некогерентные источники поляризованного излучения [1].
Еще одна причина повышенного интереса к полупроводникам со структурой халькопирита связана с их применением в новом направлении науки спинтроники (электроника на спиновом транспорте — spin transport electronics (spintronics)). В спинтронике используется не только заряд электрона, но и его спин, то есть внутренний момент количества движения и связанный с ним магнитный момент. Положение атомов переходных элементов в анионной и катионной подрешетках соединений со структурой халькопирита может обеспечить переход материала в ферромагнитное состояние со сравнительно высокой точкой Кюри при сохранении основных полупроводниковых параметров [2].
Однако, несмотря на использование различных физических методов в исследовании халькопиритов, основные структурные и морфологические свойства до настоящего времени полностью не раскрыты, а имеющиеся в литературе данные носят противоречивый характер. В ходе большого количества экспериментальных и теоретических исследований был обнаружен ряд необычных физических характеристик, что явилось поводом для дальнейшего исследования. В халькопирите Си/шХ? до сих пор точно не установлено ионное состояние, предполагается, что он может находиться в двух ионных состояниях Си+Ре3+£?~2 и Си2+Ре2+-2. Более того, на основании проведенных в работе [3] температурных измерений магнитного момента и проводимости, делается заключение, что в халькопирите, который является типичным полупроводником, проявляется в основном ковалентный, а не ионный тип связи. В работе [4] делается вывод, что данное соединение является бесщелевым полупроводником. Поэтому является актуальным проведение детальных исследований электрических и магнитных свойств, определение типа проводимости, магнитной структуры, локальных магнитных полей.
Большую информацию о связи электронного строения и физических свойств халькопирита могли бы предоставить исследования СиРе82 методами ядерного магнитного резонанса (ЯМР), ядерного гамма - резонанса (ЯГР), рентгеноструктурного анализа. С помощью этих методов возможно получение ценных сведений о фазовых переходах, дефектах кристаллической решетки, симметрии ближайшего окружения резонансных ядер, природе химической связи. Характеристические параметры ядерных квадрупольных взаимодействий (ЯКВ) - константа ядерной квадрупольной связи (Осс) и параметр асимметрии (г/) — являются своеобразным «паспортом» не только индивидуального соединения, но и его определенной кристаллической модификации. Высокая информативность указанных методов в изучении электронно-ядерных взаимодействий, в зависимости от различного рода нарушений и изменений структуры, влияние температуры, давления,

1 и 4 пропускают электрический ток 1!4, на внутренних зондах 2 и 3 измеряют разность потенциалов 1}2з- По измеренным значениям 1Ы и и2з можно определить удельное сопротивление полупроводника.
Чтобы найти расчетную формулу для удельного сопротивления, рассмотрим вначале задачу о распределении потенциала вокруг отдельного точечного зонда (рис.2.1 б). Для решения этой задачи необходимо записать уравнение Лапласа в сферической системе координат, т.к. распределение потенциала имеет сферическую симметрию:
м/=44(,.)=° (2.1)
г иг аг
Решение уравнения (2.1) при условии, что потенциал при г=0 положителен, стремится к нулю, при очень больших г имеет следующий вид
£/(/)

Константу интегрирования С можно вычислить из условия для напряженности электрического поля Е на некотором расстоянии от зонда
г=г0:
<Л!(г).

Так как плотность тока, протекающего через полусферу радиусом г0, ]=1/(2пго), а в соответствии с законом Ома]—Е/р, то Е(го)=1р/(2кг02).
Таким образом
Щг)= 1р/(2пг). (2.2)
Если радиус контакта /у, то потенциал его острия
Щг,)= 1р/(2кг,). (2.3)
Из сравнения напряжения на приконтактном слое толщиной г2 - г,:

и(г1)-и(г2) =———и напряжения на образце (2.3) следует, что основное 27Г ?г2
изменение потенциала происходит вблизи зонда. Например, при 0=1 О/у напряжение на образце превосходит напряжение на слое толщиной о - г,
всего лишь на 10%. Это означает, что значение протекающего через зонд