Оптические свойства и электронные характеристики сплавов Гейслера и полуметаллических ферромагнетиков на основе переходных d-металлов

• Автор: Шредер, Елена Ивановна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 154 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1. Методика эксперимента
1.1. Связь оптических свойств и электронной структуры веществ
1.2. Поляриметрический метод измерения оптических постоянных металлов
1.3. Объекты исследования
1.4. Экспериментальные установки
1.4.1. Установка для измерения оптических постоянных металлов в видимой и ультрафиолетовой областях спектра
1.4.2. Установка для измерения оптических постоянных металлов в инфракрасной области спектра
1.4.3. Сверхвысоковакуумный эллипсометр
2. Оптические свойства и электронные характеристики сплавов Гейслера со структурой Ь2і
2.1. Электронная структура и физические свойства (обзор)
2.2. Межзонное поглощение
2.2.1. Сплавы на основе меди, никеля, палладия
2.2.2. Сплавы на основе кобальта
2.3. Внутризонное поглощение и электронные характеристики
2.3.1. Сплавы на основе меди и никеля
2.3.2. Сплавы на основе кобальта
2.4. Заключение
3. Оптические свойства и электронные характеристики полуметаллических ферромагнетиков со структурой С1ь
3.1. Электронная структура и физические свойства (обзор)
3.2. Межзонное поглощение
3.3. Оценка ширины полупроводниковой щели в зонном
спектре сплава ІЯіМпБЬ
3.4. Функция характеристических потерь энергии электронов
3.5. Внутризонное поглощение и характеристики
электронов проводимости
3.6. Заключение
4. Температурная зависимость оптических свойств
сплавов Ш.гМпйп и РЦ2МпЗп
4.1. Влияние магнитных фазовых превращений на оптические свойства металлов и сплавов (обзор)
4.2. Особенности температурного поведения оптических характеристик сплавов МгМпЭп и РбгМпЭп
4.2.1. Внутризонное поглощение
4.2.2. Межзонное поглощение
4.3. Заключение
Основные результаты и выводы
Литература
Приложения
Введение
Одной из актуальных проблем физики твердого тела является проблема взаимосвязи электронной структуры и магнитного состояния вещества . Успешное применение методов зонной теории для вычисления энергетического спектра ферромагнитных металлов и сплавов позволяет подойти к рассмотрению природы магнитного взаимодействия и его эволюции на микроскопическом уровне.
Большой интерес исследователей в связи с этой проблемой вызывают сплавы Гейслера - магнитные интерметаллические соединения на основе переходных с!-металлов. Они определяются общей формулой Х2Уг или ХУг, где Х-медь или с!-металл, У-обычно Мп, й-элемент Ш-У группы Периодической системы, и имеют кристаллическую структуру соответственно Ь2аили С1Ь. Исследования нейтронной дифракции и магнитных свойств [1-3] показали, что сплавы Гейслера имеют локализованный на атоме марганца магнитный момент (3. 3-4) дв. Их магнитное состояние изменяется от антиферромагнитного в СиМпЗЬ (Тм=55 К) , Рс12Мп1п (Тя=142 К) до сильно ферромагнитного в Со2Нп31 с температурой Кюри 985 К.
Первопринципные зонные расчеты [4-6] дали картину электронного энергетического спектра сплавов Гейслера, согласно которой в системе спинов по направлению намагниченности б-состояния атомов X и Мп формируют общую б-зону, расположенную ниже уровня Ферми. В системе спинов против направления намагниченности б-зона Х-атома заполнена, а сЗ-зона Мп - пустая и расположена на (1-1.5) эВ выше Ег. Отдельную группу сплавов Гейслера образуют сплавы композиции ХМпг, названные полуметаллическими ферромагнетиками (ПМФ) за особенность их электронной структуры: в системе спинов против направления на-
магниченности (4') уровень Ферми Е* находится внутри полупроводниковой щели, а в системе спинов по направлению намагниченности (1") пересекает энергетические уровни [7]. Интерес к электронной структуре ПМФ возник после экспериментального обнаружения в соединении РбМпБЬ гигантского магнитооптического эффекта Керра [8], что поставило его в ряд материалов, перспективных для оптоэлектроники.
Систематическое изучение электронной структуры сплавов требует систематических спектроскопических, в частности, оптических иссле-

электронных характеристик - плазменной □ и релаксационной у частоты для выяснения роли концентрации электронов проводимости в установлении магнитного порядка.
2.2. Межзонное поглощение и электронная структура.
2.2.1. Сплавы на основе меди, никеля, палладия.
Для проведения оптических исследований были выбраны сплавы Гейслера, в которых варьируются Х-компонента (Х=Си,Ы±,Рс1) и г-компонента (г=А1,1п (III группа Периодической системы), Эи(IV группа), БЬ(У группа)). Сплавы имеют локальный магнитный момент только на атомах марганца, а температура Кюри изменяется от Тс=189 К в РД2МпЗп до Тс=630 К в Си2МпА1 (табл.1.1).
На рис.2.3 представлены кривые отражательной способности К. Поведение Я (А,) однотипно для всех исследованных сплавов. В инфракрасном диапазоне спектра значения К.(А,) плавно изменяются от 0.95 до 0.8, что указывает на преобладание внутризонного поглощения света. Во всех сплавах отражательная способность резко падает с началом интенсивных межзонных переходов при А, < 2 мкм. Для Си2МпА1 этот спад наиболее крутой и происходит в видимом диапазоне спектра.
Рассмотрим особенности межзонного поглощения, которые наиболее выразительно проявляются на кривых оптической проводимости ст(со). На рис. 2.4 приведены кривые с(оа) сплавов Си2МпА1 и Си2МпЗп. Межзонные переходы в них начинаются при энергиях -0.2 эВ, формируя сложную спектральную зависимость ст(ю) с особенностями а, Ь(Ь'), а(а'), й(Л'). Для Си2МпА1 отмечаем двойной пик межзонного поглощения в инфракрасной области при энергиях 0.25 и 0.35 эВ, пик при энергии -1.5 эВ, минимум при 2.2 эВ, широкую полосу с центром при 3.3 эВ, выходящую на "плечо" около 5 эВ. Ее высокоэнергетический край находится при энергии 6.5 эВ. Наличие минимума в поглощении при Е=2.2 эВ обуславливает "розовую" окраску этого соединения.
При замене алюминия на олово оптический спектр поглощения сплава меняется. Минимум поглощения смещается к энергии Е~1 эВ.