Магнитные свойства халькопиритов AIBIIICVI2(A = Cu; B = Ga, In; C = Se, Te), легированных марганцем и железом

• Автор: Ефимов, Николай Николаевич
• Шифр специальности: 02.00.04, 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 124 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1Л. Структура халькопиритов А1ВП1СУ12

1.2. Магнитная структура халькопирита

1.3. Диаграммы состояния, синтез и физические свойства А’ВшСУ12

(А = Си; В = ва, 1п; С = 5е, Те)

1.4. Кристаллохимия и физические свойства соединений МпТе, ТеТе,

СиГеТе2 и ГеБе

1.5. Магнитные свойства полупроводников легированных ионами

ЗсГэлементов

1.6. Магнетизм малых частиц

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Методики эксперимента
2.2. Получение и магнитные свойства твердых растворов СиОа1_хГехТе2 и
СиОаЛег
2.3. Получение и магнитные свойства твердых растворов Си1п8е2{Ге}
2.4. Магнитные свойства халькопирита СиОаТе2{Мп}
ГЛАВА 3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ВЫВОДЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Одним из современных подходов к созданию новых материалов, получившим мощное развитие в последнее десятилетие, является целенаправленный синтез наноструктур и объектов с заранее определенными физическими свойствами. Прогресс спинтроники [1] и нанотехнологий [2] стимулирует исследователей на поиск высокотемпературных магнитных полупроводниковых материалов, обладающих комплексом требуемых физических и химических параметров [3]. В связи с этим ранее подробно исследовались легированные марганцем халькопириты типа АиВ1УСУ2 [4]. Также большой интерес исследователей вызывают тройные алмазоподобные полупроводники типа А111, легированные переходными элементами. Об их перспективности свидетельствует возможность изменения в них ширины запрещенной зоны и эффективной массы носителей заряда в зависимости от содержания атомов переходного металла. Варьируя количество примеси, здесь можно добиваться оптимальных значений параметров решетки в создаваемых магнитных структурах, что важно при их совмещении с материалами современной электроники.
Результаты теоретических расчетов [5,6] показывают, что контролируемое введение атомов переходных элементов (Мп, Ре) в катионные подрешетки соединений А1В1ПСУ12, изменяя зонную структуру, может обеспечить переход материала в ферромагнитное состояние со сравнительно высокой точкой Кюри при сохранении основных полупроводниковых параметров.
Диссертационная работа посвящена исследованию систем СиОаТе2{Ре}{Мп} и СгйпБеДРе}, которые при всей их актуальности недостаточно освещены в литературе в отношении физико-химических и магнитных свойств, связанных с введением переходных элементов (Мп, Бе и др.) в кристаллическую решетку соединений А'ВшСУ12. Установление природы неоднородных магнитных состояний в таких полупроводниковых

матрицах служит созданию научного фундамента при решении задач поиска новых магнитных материалов для нано- и спиновой техники.
В литературном обзоре диссертации рассмотрены вопросы, связанные с условиями образования исследуемых соединений и их твердых растворов, кристаллической структурой, основными физико-химическими свойствами нелегированных полупроводниковых составов А'ВшСУ12. Обсуждаются структурные особенности и физические свойства систем с полным замещением катионных позиций атомами переходных элементов, в частности железа и марганца, которые являются «крайними» составами исследуемых разрезов квазичетверных систем. Приведены данные по исследованию полупроводниковых соединений с различной кристаллической структурой, легированных ионами Зй-элементов. Также в литературном обзоре представлены данные исследований физических свойств магнитных наночастиц, которые позволяют лучше понять поведение магнитной примеси в матрицах различного типа.
В экспериментальной части работы приводятся данные по условиям получения, аттестации и изучения магнитных свойств новых магнитоактивных фаз на основе халькопиритов за счет введения в одну или обе тетраэдрические подрешетки базовых соединений СиОаТе2 или Си1п5е2 парамагнитных катионов железа или марганца. В результате исследований, проведенных в процессе выполнения диссертационной работы, синтезированы новые магнитные материалы - твердые растворы тройных полупроводниковых соединений СиОа1_хВехТе2, Си)_хСа|-х1:е2хТе2 и
Си1_х1п1.хРе2х8е2 со структурой халькопирита и установлена протяженность их областей гомогенности.
Разработана методика определения параметров новых магнитных материалов путем измерения полевых зависимостей намагниченности в кластерном приближении. Показано, что данные зависимости удовлетворительно описываются линейной комбинацией функции
Ланжевена для невзаимодействующих суперпарамагнитных кластеров и
По данным фотоэлектронной спектроскопии в {Си,Ре)2зТе2 [69] присутствует одновалентная медь, в то время как железо существует как в двухвалентном, так и в трехвалентном состоянии.
Из кривых температурной зависимости магнитной восприимчивости монокристаллов СиРеТв2 в [69] установили, что соединение при высоких температурах является парамагнетиком, в то время как при температуре ниже 65 К образуется спиновое стекло.
1.5. Магнитные свойства полупроводников легированных ионами
Зй-элементов
Для лучшего понимания природы магнитных свойств в исследуемых соединениях рассмотрим изменение магнитных свойств полупроводниковых материалов при введении в них примесей элементов переходного периода, в частности - железа и марганца, используемых в нашей работе.
Обзор [4] подробно освещает физико-химические свойства материалов основанных на легированных марганцем тройных алмазоподобных соединениях АпВ1УС¥2, кристаллизующихся в структуре халькопирита. Авторами собран обширный материал теоретических работ по легированию марганцем А1[В1УС'/2, а также обобщены основные подходы к объяснению ферромагнетизма с точкой Кюри превышающей комнатную температуру. Указаны перспективные пути синтеза и предложены эффективные методы исследования магнитных полупроводников на основе халькопиритов АИВ[УСУ2 [4].
В работе [71] авторами проведены исследования магнитных свойств легированного марганцем, с концентрацией от 0.5 до 7.5 %, полупроводникового соединения 7м$. кристаллизующегося в структуре цинковой обманки.
Проведенные авторами работы [72] исследования оптических спектров 7пБ, легированного ионами Со2+, №2+ и Мп2+ подтверждают высокую степень