Электорфизические и магнитные свойства систем EuCr2Y4 (Y-Se, Те)и Me1xEuxCr2Se4(Me—Zn, Fe, Mn тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

министерство образования азербайджанской республики

азербайджанский государственный педагогический университет им. н туси

На правах рукописл

РГс Ой

1 УДК 548.736.3

1 6 МАЙ

ШИРИ НОВ КАМИЛ ЛЯТИФ оглы

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА СИСТЕМ ЕиСг2У4 (У-Бе, Те)И Ме^хЕихСг^е,(Ме—2п, Ре, Мп)

01.04.11—Физика магнитных явлений

автореферат

диссертации па соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ПАКУ — 1995

Работа выполнена в Азербайджанском государственном педагогическом университете им. Н Туси.

Научный руководитель: —доктор физико-математических наук,

профессор! А. Г. Рустамов.

Официальные оппоненты:

—доктор физико-математических наук,

профессор Исаев Ф. К. —доктор физико-математических наук, профессор Биннатов К. Г.

Ведущее предприятие: Институт Физики АН Азербайджанской Республики.

Защита состоится " ~ _______1993 г.

в---часов на заседании Специализированного совета

К-054.01.01 по защите диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.11—физика магнитных явлений при АГПУ им. Н. Туси по адресу: Баку, центр. 370000, ул. У. Гаджи-бекова, 34

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Азгоспедуниверсптета им. Н. Туси.

Автореферат разослан — ^ ^1.995 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат педагогических наук,

доцент

Т. С. ВАХИДОВ

ОНЦАЯ ХАРАКГШ'СТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. Бурное развитие науки и техники требует все новых магнитных материалов, подчас с принципиально новыми свойствами, обладающих сочетанием определенных характеристик; магнитных, упругих, электрических, оптических и др. Это определяется, о одной стороны^ большим чисто научным интересом, который они представляют, а с другой - ноосшчиой практической важностью всех многочисленных технических применений магнетизма и полупроводников в ведущих отраслях современной промышленности.

Все возрастающие запросы практики к созданию новых технических материалов, запросы, которые непрерывно усложняют«; в связи с необходимостью получения материалов с заданным комплексом физико-химических свойств, ставят перед физикой твердого тела сложные задачи по разработке детальной теории строения твердых тел. Ьдесь особенное значение приобретает разработка слокних по составу перспективных магнитных полупроводниковых материалов, которые позволяют одновременно изучать не одно, а два или более сосуществующих свойств веществ.

Сильное взаимодействие носителей заряда с локализованными магнитными моментами (А ^-оболочек в этих материалах приводит к некоторым особенностям, отсутствующим у немагнитных полупроводников, что-вызывает интерес как с практической, так и с теоретической стороны. Исследование взаимного ел&яния магнитных моментов и механизмов переноса заряда, химической связи, а также корреляций мезду ниш в магнитных полупроводниках является одной из главных задач в физике магнитных явлений.

Путем катлоиных замещении г'халькогенадах европия и хрома можно иолучить твердые растворы с ракообразными магнитными и полуидоводниковыми свойствами. Б зависимости от расположения и концентраций замещаемых ионов р онта- и тетраэдрических нодрешетках ряализуется ферро-,' антиферро- или ферримагниг-ное упорядочение, осуществляются, магнитные фазовые переходы и, поэтому, твердые раствори являются подходящими объектами для исследования динамики изменения типа обменного взаимодействия, влияния упорядочения на перенос носителей заряда, приводящих в целом к изменению электрофизических и магнитных свойств.

Кроме того, варьирование ¿а. -элементами в тетра- и ок-гаодрических узлах иозволяет получить магнитные материалы с высокой точкой Кюри и необходимыми электрофизическими параметрами, что такие представляется актуальным.

Однако, исследованию влияния катионных замещений на магнитные и электрофизический свойства хромовых халькоишшелей и твердых растворов на их основе посвящено весьма ограниченное число рабо!г гдо изучены в основном структурные свойства этих материалов.

К началу выполнения настоящей работы в халькогенидах европия и хроиа, типа Ей. , Ей, СгЛе4 л в твердых растворах на их основе но были проведены комплексные исследования электрофизических, магнитных и оатических свойств в широком интервале мынератур.

^Цел^ю^настоящеЙ^саботы является получение иовых ферромагнитных полупроводниковых материалов на основе халыгогенидов европия и хрома, .установление влияния катионных замощений в них на электрофизические к матшше свойства, а также выявлен иг возможности их технического арами пения.

С этой целью поставлены м реишш следующие задачи :

- .построение диаграммы состояния систем

ЕиЛе-С^^з^ Ей Сг/Гг-МиЛ'г , определении области гомогенности на основе 02,Зб^ и Со-ГТв^ ;

- получение и изучение оизйко-химическкх свойств сплавов системы Ме^ЕахСггЗе4, где ме= ¿¡г, Ее ^ Мк;

- изучение фотоэлектрических и оптических свойств получанных соединений и твердых растворов, определение значений фунда-

.. ментальных параметров и возможных областей их практического применения;

- Исследование ¡электрофизических и магнитных свойств синтезируй м«х соединений к твердых растворов в широком интервале теиие-

' су ту р.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые: построены диаграммы состояния систем

ЕыЛ"е-Сг^з ,

' Еи- Сг.Тег-МиТе и установлено образование соединения

- иолучен ряд твердых растворов на основе ЕюС^Бб, И,

, реС^е^;

- определенные соединения и твердые растворы лыделены в индивидуальном виде;

- проведено комплексное исследование магнитных, элоктрических и оптических свойств соединений

и твердых растворов Мв^ЁЦ*С^Зв^.(Ые - , (-¿,Мц) я установлена корреляция между этими'свойствами;

- показано, что изменение иагнигног» упорядочения сигьно влияет на электрические свойства;

выяснена зависимость иолуярсводии?отх свойств полученных халькохромитол в во опт от химического состава^ кристаллической структуры и природа »«¿«ческой ссязя.

^Практическая арозедешш исследоааяий состриг '

в следующем: соединение

и тгордио цасгворк И е,^Еи^С^З2.являются долусроЕодаикзг/и VI -тияа, а Е Ц,С^/Тё^Т о-тиса. Матмяююв упорядочение в этжс ггзгор'га^ лах сильно влияет на их электрические и оптические бвойсгва. Это дает возможность создания на ш основа еяецяал^акх аасояо-часготвых элементов радиотехначесаах охеи9 аеггшгов пшзегшац-ищх устройств вычислительной техники, ¿¡эгзтздлшя сзхюсочоо-гиадааий большой моцносги.

„ ОсдоБНЕо_аоложвкия_» ¡шоетше ка^газяту $

- зезультаты экспериментального исследования фазогше равновесий в системах ЁяТе-Сг-ДЗгз и биСгДе^—МнТе

- характер образования тройных соединений и твердых растворов;

- результата экспериментальных зависимостей электрофизических, магнитных и оптических свойств халькохвомитов еэропия состава саС^Зе,, ЕаС^Те^, Ем^И^Ог^

етЛод_обадая_рай_оты, 0гас.вяые результаты диссертационной работа доложены на: Всесоюзной конференции "Тугоплавкие соединения, получение, свойства, ОДЕмененио" (Киев, 1978 г.), П всесоюзном совещании по шп переходных- металлов, обладающих собственными дефектами (Саеддяовск, 1У73 г.), Республиканской симпозиуме по физическим свойствам сложных полупроводников (Баку, 1978 г.), П Научной конференции аспирантов ВУЗог Азор-

байдйяна (Баку, 1979 г.),-1ЫЗсис:®зио1; конференции по физике и' химии редкоземельных полупроводников (Ленинград, 1979 г.), •всесоюзном семинаре "Уральская школа - 79 по физике и химии ' магнитных и РЗ-полупроводников" (Свердловск, 1979 г.), Республиканском симпозиуме по физическим свой отвил 'магнитных полу проводников (Баку/1992 г.), Республиканской научной конференции ■ "физика - 83" (Баку, 1993 г.). Научных конференциях профессорско-преподавательского состава -АЛСУ иы«. Н.Туси, посещенных итогам ■ иаучко-исследовагельскюс работ.

__ Пуо/шкацна. Ио тема диссертации опубликовано 9 работ.

^Струкгура к объем работы. - Диссертация состоит из введо-ния, четырех глав, выводов к списка цитируемой литературы. Ра-бога содержит 128 страниц машинописного текста, включая 41 рисунок,, II! таблиц и • список литературы и& 152 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

__Во введении рассматривается актуальность выбранной теш .диссертационной работа, обосновывается постановка задачи, формулируется цель работ» и даехся.рекомендация к практическому применению полученных результатов»

Первая глава посвящена литературному обзору но структурным, ' магнитным и ¡электрическим свойствам хромовых хзльколшине-лей и твердых чзастаоров йа те. основе* Приводятся результат исследований магнитных и электрических свойств сложных халь-когенидов 3с1 -переходных металлов. Анализ литературы показывает большое разнообразие магнитных и электрических свойств хромовых халькошпинелйй. Полученные экспериментальные результаты сопоставляются с различными теоретическими предпосылками, Критический анализ информация, изложенный в этой главе, цовволил сформулировать цель дмгеертацаопоэй работы.

Вторая глава посвящена технологии «оду мякл нелегироиан-них к легированных 2(г , рв и Мп. ОС* £ аз цо В хил ъасхуокАнов вв^оо^я.. Изучены диаграммы состоятся {Ги^в-С^^в^ ,

ЕаТе- С'гЛе,

-2,>и Е'и.С'^Гв^МлТе . Ддя синтеза сплавов использовали бинарные халькогенвдц европия и хрома. Установлено, что в системах Ем^в" л С^Т^з ооразуютсн соединения состава

соответственно. Соединенно шпвптся конгруэнтно

при 1640 К ¡1 претерпевает полиморфное превращение при 1350 К. На основе Сс^ Зв^ образуется 5 мол.;& твердые растворы . ■ типа замещения. Соединение Еи,С^2б^. кристаллизуется в . гексагональной сингсшии и относится к структурному типу ' ■

(табл. I).

Таблица I

шзико-химические свойства халькохромитов . европия

Состав вещества

Сингони 1

Периода решетки,) в

1А

г/а?

Н

ил.)

ксйг/Ч 0С

ЕиСг/е^. ¿к„ „Ей Ся Бе

гекс.

I

совбич.

I гекс.

J

22,40 10.36 10,532; 6, ¿49 6,262

¿¿,60

3,61 3,63

3,64

10,92 11,04

125

5,еи 5, ВО

1 5,74 ' -

I

3.86 | 6.69 3,853 | 6.65 6,60

1640

140 -

186 1495

188 1485

197 1475

Соединение Есл-Сг^Тв^. гакжа плавится конгруэнтно при 1495 К; область растворимости на основа С'^Д'е.^ простирается до 8 иол.% £и.Те .

Диаграмма состояния системы Те^-МиТё относится

й эвтектическому типу. На основе ЕаСг/Гё/,. образуются твердые растворы, содержащие 10 нол.# Ё-К-Тв при комнатной температуре. '

Методом химической транспортной реакции получены монокристаллы Еи-СЗ^Яе^ ^з Т2= 1163 К, ЧГ = Ы ч, С3 = 5,мг/сыр) и ей. сгде^ (т^шо, т2= иьо ь, ЧГ- 120 ч,; Сд = 4,5 ыг/см*1). ¿¡ычиелены параметры решетки и изучены другие физико-химические. свойства полученных монокристаллов (тайл, I).

методом ¿и -рентгеновской абсорбционной слеягроскошш 'определено валви зиое состояние европия и хрома в полученных ' образцах, Установлено, что двухвалентное состояние Ей. реализуется в ^¿Зе^ и частично в Ре^Еи.^ ; двойной шксечум на кривой - спектроскопии в Е^-^*^ и ЕаС^ГПЦ- доказывает, что атомы европия находятся в двух ( С^) и трехвалентном ( Биг^") состоянии, поэтому истинный их состав люжцо представить в виде

Е^Сг^еАТе!

Саек'д.'сы Шй? \Л/* исследовались в системах : реьлЕи,лСг^Ве^ при 0,^x^:0,005 и -2'^1.хЕ'и-хСг2Бе^. прк 0«Х??0,0а, Спектр ШР ОгЬ~3 в при

температуре 4,2 К состоит из шести разрешенных линий. Та.;ой вид спектра видимо обусловлен анизатропией сверхтонкого пода на ядрах хрома и электрическими квздруполышмк взаимодействиями. Вы раже ии е для резонансных частот ;ШР имеет вид :

Резонансная частота, соответствующая изотропному полю на ядрах Сг^1 , равна 44,2 мГц. Ь спектрах ШР соединений Еи.Сгг5е1т, Ей.Сг/Те^ и'твердых растворов, Ре^Еи^Сг^^, как к сдалось.,

появляется дополнительная линия, соответствующая ядрам ¡¡а частоте 46,6 мГц для ЕаСг^Бе^ | Е^Сг^Те«. ,

Ге^Ео^Сг^,ве^ и '38,6'ЫГц да (Чп.л Сг/Т^ .

Принадлежность этих-линий ядрам ионов определялась пе

измерениям ..сдромагнитного отношения. Таким образом установлено, что коны Ми. -находятся в четырехвалентном состоянии. Дополнительным подтверждением того, что ионы Ми имеют 3 с( -конфигурацию, является ток факт, что частота ДОР ядер Ми чочти з 1,5 раза отличаа .ся от частоты ШР ядер ионов хроь>а

в Eu. Czz Se^. и Eu. ОггТе^ ^ Гд0 последние находится в 3 -конфигурации.

Ясли ион И/Ь находится в двухвалентном состоянии, то з хромовой подрешетив для элактронейтральности появится Cz++ . Частота ЯМР ядер ионов должна составлять Z/3 от т

значения частоты ШР ядер LZ (конфигурации a ('.Z ~ict" )0 В то ке время экспериментально полученная величина сильно отличается от такого значения. Это различие мошо объяснить следующим образом» Если в октаядрической под-решатке находятся ионы одного и того ке элемента, но с различной валентностью, то меаду ними имеет место электронный обмен. Так как частота этого обмена очень высока_, спиновые плотности на ядрах разновалентных ионов усредняются. Различно экспериментально полученных частот ЯМР свидетельствует о том, что электронный обмен при таком соотношении разновалентных ионов происходит не между всеми ионами хрома в кристалле, а в группах, состоящих из одного четырехвалентного иона и двух трехвалентных иояов хрома* - _ *

Таким ооразом, в исследуемых кристаллах ионы и ^ находятся в двух- и трехвалентном состоянии (СЦ, tEu* СгЛ&.? Вl^ré^u^&fihv, а ионы марганца в 7 В*-,.* М&дСг^Т^- Myif4 и Мп?* - состоянии. В этой же главе описывается также методика исследования . температурной зависимости электропроводности d (Т)> термо-э.д.о. (сх), эффекта Холла ( R^ ) и магнатосопротивления.

_ В третьей главка приводятся результаты исследования кинетических свойств твердых растворов Se,,. , . ' ''ÉUj^Mk соединений EuC^-S^

ÊW-CzJ^.' Г/1 ç

Б отличие от rôLZj ое^ f для всех образцов зависимость Ijdco (103/Т) носит полупроводниковые характер» При низких температурах электропроводность Eu^Ct, увеличивается с повышением температуры с энергией активации А Е= =0,012; Qf028; 0,033 эВ для X = 0,02; 0,01 и 0,15 соответственно. в области магнитного фазового перехода наклон кривой ь<Ц d ( Ю3/Т ) увеличивается и энергия активации становится равной Л й= 0,13; 0,16 и 0,25 эВ соответствен»!.

- IU ~

Результат этих исследовании показали, что РвС^Йе^. и твердые растворы на его основе, полученные с участием Ьи. являются антис^з.сромагнетикамм с температурой Нэеля üi30, 210, 190 и 172 К соответственно для Fe CzS^^ , J-íZt^

и Ct^Süjf . Аномалия, на-

блюдаемая при ¿&0-Ü3Ü К в тедшературиой зависимости электропроводности, сшзана, no-вщцщоыу, с антифарромагнитныг прев- • ращением, Однако, оледуог отметить, что »смотря на наличие аномалии, не изменяется энергия активации электропроводности.

Анализ иявостных магнитных яальяогенидов показывает, что электропроводность антиферромагнптнше (АФ) голупроводяиков рассматривается при помощи обменной модели. При этом

приняшется во внимание го, что ври переходе в АФ состояние появляются магнитные подрешетин с противспологаой ориентацией спинов, которые вследствие обманлого взаимодействия о электронами проводимости, создают дополнительный непериодический потенциал, обладающий более низкой симметрией, чем симметрия _ кристалла. При этом переходе в АФ состояние может иметь место- растепление энергетических зон. Таким образом, в этом случае будет изменяться энергия активации проводимости и эфе^ек-тшзнея масса плотности состояния. Поэтому в случае собственных полупроводников при переходе в А<й состояние будет иметь место уменьшение анергии активации цроводиыоош. В случае ко примесного проводив :а указано, что .-.зменен^е энергии активации связано не только с понижением дпа зоны, но и с величиной расцепления локальных уровней. Это приводит, в отличи^ пт случая собственной проводимости, к возможности как убивания, так и возрастания энергии активации при переходе ь A<¡> состояние. По всей вероятности в Sé4. и ('ЩI'WSJ/

наряду с поищдвниом дна зоны, играет роль витии a laciioonoHiui локальных уровней, так что отсутствует изменения анергии активации.

Термо-а.д.о. в интервалу температур IÜU-I8U К, т.е. в области магнитного упорядочения на зависит от температуры. Аналогичное явление таиа.е наблюдается и для. ГйСг,íie^ -f Т6р-ко-э.д.о. которого падает с температурой «кие ¿Г,Г> К к да.?.й шйяет знак при 1 »>» 57U К. Но знаку терио-э.л.с. вое • ре Еы. С'г. Se*. U-U,l):;tb,ii>) иат-.гдют дырочным

| -л л л f

типом проводимости.

Пси низких температурах (Тсо^СЮ К) холловская подвижность и |Etx^ С3. увеличивается с ростом температуры; вост.подвижности при Г 250 К подчиняется закону {J оо т-3^. з указанных образцах помимо холловскоЕ подвижности носителей тока, также было, определено значение дрейфовой подвижности носителей тока. Результаты вычисления пока-задир что д-ш paCc^Se^ и lre1_xE'ux С Se^. значение холловский и дрейфортй подвимностей приблизительно одинаково . и имеет одинаковый температурный ход. Исключение составляет то_, что в feCs^Se^. и Fe^Ei^fo^Se^ значение дройфовой подвшглости несколько больше холювскай подвижности (табл. 2).

Таблица Z

Кинетичоские параметры образцов

Состав ' образца

-I -I

Ы>

мкЦ/К

К

см

3 »

•Л<

Ktr/ä.c.

V*

FeC'c^Se^ рр .^J^SS«

ГС О; 5s <Ш 2

6Ü 42 10 10

70 35 I3U I6Ü

0,62.10 0,55.10'

,20

20

0,2.10 0,4.10'

,20 ,20

10 2.4 3,0 2.1

17 15 10

В широком интервале температур (80*600 К) были изучены кинетические свойства также твердых растворов 2(1 -3е4 •

Температурная зависимость электропроводности ' Еи^Сг^е^. в основном определяется изменением подвижности из-за рассеяния на спинах и концентрации носителей вследствие теплового возбук- • дения. По наш- ну мнению, для научнообосноваяного объяснения доведения электропроводности ¿М^Ви^С.^, ¿€4. а области Тк, обусловленного рассеянием на магнитном беспорядке, необходимо принимать во взималио спмн-спиновые корроляции вблизи и выше температуры Кюри-. С увеличением содержания . Ей. } увеличивается значение' Крс(д Хр' с/- П . ч1*> приводит к уменьшению минимума в зависимости ■ , оо (Ю3/Т). При

содержании Ей, больше 3 мол./-о минимум в зависим»та <<, (Т) исчезает и наблюдается только изменение наклонов кривых, при этой увеличивается энергия активации твердых растворов-, Изменение энергии активации, в особенности в области температур Кюри можно связать с изменением магнитного состояния.

Используя уравнение :

Б = 0.1У8 ~ -— (I)

оцю3/г)

были зачислены энергии активации.образцов Вк^В^С^^Эс^ в области высоких температур, коговнЗ равны, 0Д1; 0,11

и 0,07 чВ соответственно Х=0, 0,03] 0,05 и 0,07о а а области низкой'температуры Кюри (I < I ) они рапкы 0,028; 0,036; 0,04 к 0,05 эВ. Как видно, энергия активации образцов в парамагнитной области несколько ваша, чем в ферромагнитной.

Характер изкенен"к термо-э„д,с. почти одинаковый и хорошо согласуется с 'температураоС зависимость» электропроводное-ти. С увеличением гекпературы термо-э.д.с. увеличивается, достигая максимума при Х=250*330 К, с наступлением собственной проводшости значение уменьшается. С увеличением содержания Ей. в составе твердого раствора,терыо-ЭсД.с. увеличивается. Судя по знаку с4 и эффекту Холла Зе*. и твердые растворы Як. ^Еи.х Собкапают дырочной проводимостью, Появление максимума в оС (Т), аз-видшоыу, свя-. детельствует о частичной компенсации' акцепторов донорами.

По результатам исследования агента Холла, электропроводности к термо-э.д.с» в сплавах . ^е4 вычислена холловси'ая и дрейфовая подвижность, а также эффективная масса и плотность состояния носителей тока. В этом случае температурную зависимость эффективной массы носителей тока вычисляли из соотношения :

, * Г \ ^

_ ___р__I (2)

Ш Т \_5.44.I01Ь-{-1/2^1)

Для сравнения, значений и характера температурной зависимости дробовой и холнавсеоН аодвшшоствй носителей тока ь . 2и Е вычислена концентрациа носителей то<;а

1-Х X ^ . <Г

из холловского измерения и по известному значении коэффициента термо-э.д.с. по формулам : л

Р^Л^О" ' <3,

(4)

определена дрейфовая подвижность наситвлей тока; установлено, что дрейфовая подвижность дырок очень близка к холловсдой под-важности, что подтверждает возможность рассчэта концентрации носителей из данчых по эффекту Холла.

С увеличением магнитного поля (Н) холловское сопротивления ^ сначала сильно растет до некоторого максимального значения, а затем наблюдается довольно зачетное линейное увеличение с полем (область насыщения)» Бше температур магнитного фазового перехода зависимость Я* = £ (Ю для составов г^Ва^Сз^Б^и Я^а^Еи^Сг^Ве^ является линейной» что свидетельствует об отсутствии спонтанной намагниченности з ойдасти Т £ Т . '

При исследовании в магнитном полупроводнике С'г2 5в/, фотоферромагнитного эффекта возник вопрос о роли, которую играют в этогл еффеяте электроны проводимости« В еачзи с этим проводилось совместное изучение фотоферромагнитного эффекта и фотопроводимости на одних и тех же монокристалличэских образцах ЕиС^Ее^,. Ъшш обнаружено, что при температура нияо точки Кюри Тс наблюдается два минимума фотопроводимости (<Ш)/ один из которых лежит в той же спектральной области, что и фотофер-оомагнитный эффект , и появляется только при X < Тс. Существенно, что в области этого максимума релаксационные кривые Ш полностью совпадают с релаксационными кривыми фотоферромагнитного эффекта. ®о касается второго максимум,., Ш, расположенно-' го при энергии .со 1,8 эВ, го он сохраняется во всем интервале температур от азотной до комнатной, фотофэрромагнитныё эффект в этой области спектра отсутствует. . '

В области собственной Проводимости (Т=290 К) не наблюдается зависимость времени жизни <Н1 от уровня возбуждения (^ = =0), в то время как в области примесной проводимости (Т=77 К)

такая зависимость существует, указывая на справедливость соотношения : . ■А _ Жо^СМЛ

Л ^ 0 (5)

Наличие области- собственной проводимости при Т > 200 К явствует из того факта, что сопротивление образцов Вл.С'г^е*. чри указанных температурах описывается экспоненциальной зависимостью с показателем Еп / 2 КГ при ширине запрещенной зоны

Е.ео 0/(2 вв. ' ,

Попытаемся теперь оценить тип рекомбинации имеющей место в . >1з возможных етшов межзонних рекомбинаций

рассмотрим а первую зчередь излучательную рекомбинацию, поскол ку мэжзонная рекомбинация уже доминирует гра весьма высоких температурах и преобладает в веществах, обладающих малой шириной запрещенной зоны, а безизлучательная прямая рекомбинация дает лишь малую поправку к скорости излучательной рекомбинации ( ). Скорость излучательнои рекомбинации в условиях

теплового равновесия определяли равенством:

Р_ <?п {ьъ\1 Гк(е)еМе

T71TI J

(6)

с - 1

о

На основе данных по коэффициенту поглощения К (Е) согласно формуле (6), были вычислены значения скорости рекомбши ции: = I,6.I03 сы"3с-1 при 1=298 К и =5, 8 Л (Г3

см^с-1 при Т=78 К. Те же величины были вычислены по нашу эксларименталышм дачным из соотношения:

Т= KJL _■

^Ao+fc+M {7)

..¿и этом оказшюсь, что значения R¿ соответственно равны I01* a 2,3.1o56 см-2с-1. Резкое расхождение этих величин со значениями, полученными из (7), указывает на отсутствие меж-зонвой ¿ьлучательной рекомбинации. Этот результат не является неожиданностью, так как относительная роль различных механизмов зависит в значительна степени от .отношения Е к теп-

9

ловой энергии к-Т. При Ед '¿О ЙГ не удалось избежать преобладающего влияния рекембинацшг. на дефектах. Ширина запрещен« ной зоны Е^ , определенная из зависимости вхр (Е /2 кТ) из экспериментальных данных составляет 0,84 эл. В примесной области время жизни проводимости практически но зависит о? температуры и имеет масто квадш^пчиая рекомбинация, что полностью подтверждается выводами ¡а модели ¡¿'окли-Рвда для этого случая.

Б этой же главе диссертации представляется также результат исследования электропроводности кристаллов рбсо&4- ^ нелзгированншс и легированных ионами серебра и индия в переменном ползо Легвдование ВиСг^Ье-^ ионами приводило' к образованию акцепторных центров СеЛ* , а легирование ионами - дозорных примеснах центров Съ2* .

Для получения наименьшего количества кеконтролируамых примесных центров легирование Ги» а основном проводилось диффузией высокоомнах кристаллов ËVLCz¿§<iq. . Для получения примерно одинаковой величины сопротивления при легировании таким способом требовалось вводить [к- меньше^ чем при легировании' а процессе роста кристаллов. Это указывало на то, что во втором случав часть [ц идет на'компенсацию акцепторных прямее-них центров. Ионы вводились в кристалл в процессе синте-

за. С изменением концентрации донорных центров' изменяется но только величина ^ , но и поведение его температурной зависимости» Характерный для кристаллов типа

максимум в области'точки Тс с увеличением концентрации покорных центров становится менее выраженным и сдвигается в область более высоких температур. При большом содержании /м. он лрактически исчезает и зависимость ^ = (Т) имеет такой же-вид, как и у кристаллов р-типа Ра.0}Эа• 0тси'ца-гельноз поперечное магнвтосопротивлоние в точке У

(п-тип) также, как и ^ , резко уменьшатся с увеличением концентрации примесных центров.

Таким образом0 сильное влияние магдотной спиновой системы 1а электропроводность проявляется при опреде-

ленной концентрации прцмосных центров. Различнее поведение д Е з яысокотемооратурной и низкотемпературной областях позволило ^одположть наличие двух г/еханчзмоа переноса носителей заряда:

а зоне и по примесцым цитрам. Ьтц механизма переноса носителей заряда по разному проявляются в переменных электрических нолях величина удельного сопротивления ^ . при переносе носителя заряда в зоне не зависит от частоты приложенного поля, в то вр &и как при прыкковом переносе по примесаам цаграм оно должно уменьшаться с увеличением частоты приложенного поля.

Подвижность носителей заряда в сильно легированных кристаллах и— в р- Еи-Сз^Бв^. оказывается одного порядка а равна «¿0*60 см~/В.с. Полученные результаты дали возможность предположить, что в основной з-не подвижность носителей заряда Судет значительно вайе.

В четвертой главо приводятся результаты исследования ма нитных свойств ■ ЕаСг^Зе^и твердых растворов

Еа<лХМл,хСг/Ге¥и. Сг, 8• Среда соединен»

РЗЭ Ей занимает особое положение. Это объясняется тем, что для Ей. характерно учухвадеитноа состояние, при котором эти ионы обладают конфигурацией 4*1 ^ . Температура магнитного парохода В и. Сг^Зё^ по сравнению с низкая

и составляет 160 К, что являемся следствием резкого убывания ангиферр окапанного взаимодействия ■ Сг"3* из-за увел

чания расстояния между атомами Съ . Низкие величины намагш ченности и ее относительно медленное изме-эние по ряду ЕиСг^З - ЕиС?.2Тв4- укалывает на то, что спиновая система некали-неарна. Ферромагнитный характер упорядочения и

БиСг2Те4. обусловлен, 'вероятно, незаполненным 3 а- -с; тояниямк хрома, т.е. з этом случае атомы Съ устанавливают друг с другом ферромагнитный порядок через взаимодействие с ж полностью заполненным -состоянием европия.

Исследование температурной зависимости ыагнетосопротивле-ния образцов показало, что положительное

■шгнетосопротивлеапе наблюдается только в области существовав ближнего магнитного порядка. Для образца

в области температур, немного превышающих Т, при усилении ослаблении магнитного поля наблюдается гистерезис, подтворнд шдй'существование фагового перехода первого рода в Тм • .

Измерение магнитной восприимчивости пока

зало, что оц полупроводниковый ферромагнетик с точкой Кглрц,

равной 190-21)0 К, и магнитным моментом па молекулу, близким к , Введение иримеси Ми- в Ем, С^Л*^ существенно

меняет его магнитные и электрически свойства. В полях до 10 кэ при X 0,05 наблюдается быстрый нелинейный рост Сз и при дальнейшем росте Н.-линейная зависимость С> от Н^ причем этот участок почти параллелен прямой ■ Сз (Н) для нелегированчого состава. По мере роста X этот линейный участок сокращается ч совсем пропадает при Х=0,1.

С помощью гипотезы о федронах и их ферромагнетизма иожио объяснить сложное яоведониа намагниченности в твердых растворах (Ей., С г,Т€, . Предположив , что параллельные пря-

А А '-г ,

ыолинейные участки яа кривых . о (Ш вызваны намагничиванием антиферромаиштной матрицы, экстраполированием их к нулевому полю и определяли спонтанную намагниченность . Если считать, что каждый примусный ион Мв дает одну дырку, образующую вокруг ного феррон.то можно из . определить мах'-иитный момент одного фэррона. Наибольший момент феррона наблюдается для состава с наименьшей концентрацией Ми (Ы3.0005). Здесь в ату микрообласть входит оо II ионов что близко

к 12 числу блкжаиапа: соседних ионов С?* по отношению л лг>у

Ми^в тетраэдрическом узле решетки. Понижение магнитного момента, приходящегося на одну дырку, с увеличением концентрации примесных ионов Ми. - вызвано, до-вид'/мому, неравномерным распределением этих ионов по решетке. В этом случае возможно слияние нескольких фирронов з одкн^ однако, эти слившиеся ферромагнитные микрообласти остаются изолированными друг от друга,, о чем свидетельствует невырожденность твердых растворов дак:; для максимальной концентрации (Х^О.1). Шличке примесных фер-ронов сильно увеличивает парамагнитную восприимчивость в районе Тс. Следует отметить, что наблюдается сильный разброс величин 0 , определенных дая Еги. Со^Тб^ . По-видимому, это можно объяснить различным количеством в разных образцах де- • фектов^ вокруг которых образуются фпрроны. Так как внутри фер-ронов обмел вше, чем в среднем по кристаллу, а величина $ — определяется суммой обменных взаимодействий в кристалле,•то наличие ферронов повышает парамагнитную точку Кюрч.

Таким образом, впервые изучена магнитные, электрические и термоэлектрические свойства Ни-С^Те^ ■ и твердых растворов

Е^|_хМк,хСг/Те4.. Установлено, что исследованное составы обладают полупроводниковой проводимостью Р-тшщ. tie кривые намагниченности д.'ха случая слабого легирования' школен спонтанный момент, приходящиеся на один примесный ион Mil г . , окружении2 ионами _ бликайшиш соседями иона

Делаится предцолонание, что эти кластеры (фирроны) создаются локализацией дырки акцепторного иона марганца из-за выигрыша в энергии S- О* обмена. Присутствие ферронов в этих материалах подтверждено такыз резким возрастанием иарамапытной вослрилчпвосги в районе точки кюри и суцеавоьаакоы бооыьогс отрицательного магиетосоироживления.

Основные результаты и выводы :

I. Методами физико-химического анализа впервые изучены фазовые равновесия в системах Е'Я f Eu.T<3-0£>Tej

Fa. СМкТё > И которых обнаружены образования тройни: соединений ' > Ни, Сг2Те^ % установлены границы

твердых растворов на основе Cz,S в г > СъЛЪг > Б^СгД*в

и МиГе . "

2« Ъырацоны монокристаллы Eu.Cz-, S^ и ЕосСз^Т €4 и установлено, что очи кристаллизуются в гексагональной синго-шш в структурном типе

3. Методами рентгеновской lu -спектроскопии и jLviP определен заряд европия, марганца и хрома в и в твердых растворах М&^Еи^С&Зе^ (мв-2п,Рб) и

EtcМCz^Sе^. • Установлено, что двухвалентное состояние европия реализуется в

и частично в

• Fe^gEtio^S^. ав ЕаСгх$чи Ви.Сг2Т^ ионы европия находятся в состоянии Ell и Fu.3 3 ионы хроыа - Cz** и Cz , а ионы марганца в Mtl^ и Ми^ - состоя.. нш1> , '

' 4. Впервые показано, что в соединении BuCz^Se^^ а твардых растворах На его основе с участием Z\A. и Рв , в и '.личие от металлических ферромагнетиков, спонтанный холловски!: потенциал, оставаясь большш по значению, болыиэ нормального холловского потенциала, уменьшается с повышением температуры)

!io характерно для ферромагнитных полуироьодников.

5. Впервые исследована электропроводность нолегировашшх : легированных ионами индия и серебра кристаллов

I переменных электрических полях. Установлено, что с увеличе-ием концентрации примесных центров хрома в ¡t~ Ed-CZj.S&j. аксшуш удельного ялектросопротивления и магнетосопротивле-ия в области точки Кюри уменьшаются; в области относительно изких температур преобладает прыжковая проводимость по примесим центрам.

6. Установлено, что как для чистого, так и для легирован-' ого индием магнетосопротивлеяие не зависит от аправления внешнего магнитного поля по отношению к направле-ию двшкешш носителей заряда,что связано с изотропностью оо- ' енной энергии в нрксталле. п

7. Впервые синтезированы системы Ми.* 2 исследованы магнитные свойства. Установлено, что с увеличо-

нем содержания марганца в система, точка Кюри увеличивается, то приводит к появлению ферромагнетизма и полупроводникам -типа проводимости»

8. Впервые исследованы временные и амплитудные характе-пстики фотопроводимости змагнитном полупроводнике EU-CfySôi. ри температурах 77-273 К. Показано, что в EuCzzS&f эвным иехапизмом рекомбинации является рекомбинация на дефек-ах.

Основные резульаты диссертации опубликованы в следующих ¿ботах :

. Рустамов А.Г. (.UiiipiiHOB К.Л.»Алиев О.Ы. Исследования физико-химических и электрических свойств сложных халькогенидов переходных металлов, обладающих собственными дефектами //- • Тезисы докладов Второго Всесоюзного совеи&ния по химии твердого тела, Свердловск, 1978. С.ICI. , Рустамов А.Г.„Ширкнов Н.Л. Получение и исследование физико-химических свойств сплавов типа Cz, Si.^.

(Me- ¿и, Х= U-0,2) //тезисы докладов республиканского симпозиума но физическим свойствам полупроводников. Баку 1978, ОЛЬ.

, Сиринов К.Л. ■ Нокоторне электрические свойства систем.

Fe

1-х' ^t // Тезисы до;яадов II Республи-

канской научной конференции аспирантов ВУЬов Азарбецшкана Баку. 1976. С.48.

4. Рустамов А.Г.,Щиринов К.Л..Гашшов Г.И. Электрические и гальван оиагнигнао свойства системы Рб,_х Cz^Se^

//Тезиси докладов И Всесоюзной конференции по физике и хи-кии редкоземельных полупроводников. Ленинград* 1979. C.3V.

5. Ширинря ЯЛ..Pictamu А.Г.,Алиев О.Мо Получение и исследование физико-хиыичзскис свойств сплавов ^(-л- С'¿2 S

(И ~2ц, Fe)// Известий АН СССР. Неорган »материалы. 1980, T.I6. В 7. C.II9I-II93. __

6. Ширшов KJSL.Алиев 0.11. Систвш fc^Tc-ег и

ЁкСг-Те^-МнТв //Известия АН СССР. Неорган.материадь 1988. Г.24. В 7. С.1Ш-Ш5.

7. Шириной й.Я. Синтез и иссяедозшшз г сп р о в еда.: о с г и

BuCzzSe^//Тезисы докладов республиканского сикпозиуаг по физическим свойства;.! магншгннх полупроводников. Баку. 1992, 0.16«

8. Галшыов Г.И. „Шздииов KJL Уагаихнне свойства системн

trU^ МихCz^Tc^ //Тезиси докладов республиканской конференции "физика - 93". Easy. 1923» С.58,

9. Ыиринов К.Л. фотопроводимость ишоярисгаанов ВU.Cz^^-4-

< Oft; jh, > //Известия Азгоспадуниварсигега им» Н.Хус серия "¿стаствеяные науки", 1933, й 1-2 . C.I72-I78.

X Ï Л A С Э

Щнринов Kaî-шл Лвтиф оглу -

- EuСгДS^B0 Ие(.хЕ"А Se4 (ЩА, Щ

сиотеылерктш 'елекгройизнкн во магнит хассилери".

Juccepiacnja иш .ï jeapo пиумун типли

халкохрамитльринин во онларын есасннда берк мойлулларии з.тан-тсияа, аигниш шддсяерив слектоосГизики, магнит во оптик хас -солэрияин кениш температур ннтервалында илк Eoffe кошлоко ше-килдэ тедгиг едилмэсгаа hocp олунмушдур. £uSe-&,Sej , -Czjt3 , EnCz^MuTe , системлериндв ^изики-кимзови анализ ■¿суилары ило илк Дб#е ?азалар таразяыгы е^роиилмиллир, ЕЦи^Зе^ Б^С^Те^бирлешнвлоршиш зарандигы апкар едиямиш, берк ыаЬ;да-ларып сврЬвдлори iMejjau олунмувдур. Euî?^ Se^ во Eu. Сг^Т^ мэнокристаллара; зешпдирилшщ во uïejjoH едилмишдир ки, о:г-лар йексагсиал сиягопизада, ¡¡¡¡ClC^S^ типиндо клисталлагаип. /л -ренткен вэ iras магнит резонанс спектроскотфсы хсуллары ило ЕцДгSef(Te^-До зевропиуы, нангак во хромуи.¿уклони те"дап едилмишдир. Члк осе олараг кощорилшшдир кн, Ëu/h^^û:sp-яезмасзнде ээ бунуя есасында s \~£ -уи кимряки пло эхинам берк шйлулларда ыетэяйих йеррош^мгиклордьи '7-.>ргля раг, спонтан Холл .поте иска ли норная Холл по тенсиа лантан 6ojyk гчгзыэтдо галшгла,температур ортдыгча азамр.Т-'у нсэ japwi/кг-чиричи ферромагнатпклоро хасдыр.З'ак олараг пидяуг. ¿о гл~ 1лш яонлара пяо апгарляндоа во .апгарданмам-'а EkC^Se^ ¡срис-талларыкын елекгрше кечиричилизя дедшен слзкгрик сайосипдо годгиг однл!;:иш,ххсуои еггетрик в£ ыагякт шгангоютлоря iieoac'-ланша, {.«озден едилгамдлр ки, _ÏH |/агш<т шгавт.'^'

глнин гидмэти jïK даиызычыларшын Ьерекетино нозер&н хапичи магнит саЬзсинип истигакотиндон а силу дезил во бу кристальна г^бадплэ енерлюииии нзотроплугу ила баг лыдыр. Пл:; дозе олараг Ии^С^Тё^борк лейлуллары синтез здилниш, маг-

нит хаооеяерл тэдгиг олуп?.!у.з, ашкар едилг.глдир ки. системде мда-гапЧн ¡отданы артдыг*а 1<*рн иегвеси да арт-ир.'Глк дв<Та олараг, 77-278К теншературлярыпдя ' EoCt^S^-ïb Яотокечиряадли^нин' замай во амплитуд харакгернстчка.тара.твдгиг е-шшш ве реко!*-бинасизанан есао механизм! ¡леззенловдирнлгишдир.

SUMMARY

Shirinov Kami 1 Latif oglu . .

El eotropl >yt,i us 1 and niaqnetir, pi opfrties of Eu-fo^p - Se/e/ and Me,.x^CZjSev (Me-/KvFe>Mlt) systems.

Tiic-r,ir. deals- with tin; «-.tudy of t-lectrophysical ahd nievqne-tic incjpfirti.feiS of rh^lcor.tiromit.e of En ¿s.id solid solutions on tlitfir brtse.Coir./ilEfX liivpsiti gat ions of elpctric, magnptic ¿md optic uropertles of■synthesized maqnetic semiconductors in wide- t i>n.|it3riiture rdnqti are? first carried out. By physjro-cht-.'iii tal afirttyse methods f 1 rst 1 y - there hrivc be-on i nvest i qate?d

ph.,»!» ¿qui iibr iun>& ifi etf-se-cz^sej t eu.t£-c^jtej j

Eu.Cz^Ti.lf\\ttTe tystt'iiiB in which foriUdtion^ of triple-

compounds are Dt>te-»in(?d and

boundar of £>oltd solutions on the bast; nf and HrtTfc are uitdtil i &hed. Eu-tZjSc^ brio Eu-CyTi^

Eiinqli? cryEit^l'si havt.-'be-on grown and it is pstablishnd that trie-.' are ct ystal 1 yzt-d in htv.iisqonal crystal systr-in in structural t.yp

fici Cz^

.By X -r .sy fcpci ti-o»i:opy «lid NMR iflRthoci» the-

chart;? of Eu, Mn. and Cz m Eu.CtzSe.Y(Te/r) a!i ! ag niMe^^G

(He—ZiViFfe) °r,a EU-i^M'^Cs^Te^ 'solid s-olut i fins has matin aet&ri»i)iE-ri.

li tlcVi. bt-ori iihUvin fot the fil^l Villus tU.xt HI EuC^jSi^ cc.tTtp_.unU as wtfll n> solid lut ions on 11 nn^.ti with^t.rulf unlir^io .llf'tal f til lib ttlU r.pOI\tf*r.fGU . Hv^ll potcn.tl*]

titjini-) tiiyhiir of Vdlu>- <l«a( I oasos with tl.e ft'iupin at are rise, the tM ^ctruconciucM ivi ty of Unal iuyt-ci and .-U Wiynci try [k. arid e»v|lcn = foirmlti crystals tU-i-S/S«-^ in al ternat int| t;lt*r-

trie- fit-lvls lias hetin i nvi;-st l qa lr*ii fat thf first tirnp .

It hrt-i bfcfiii t-utab i i s.'it'i I h,. tor pure v.t'. t J hs tor .Uloyed EM-Cz^Si,, f^J I11- the waqi >i.t i c: ri'f>! itiuit? dries not: impend upon thu direction of fixterriril maqnr-tlc field nun r aspect to the dlrf.-tion of charqi? tarl'irre motion which if, connected witli■ isotropy of eKCh,inqe onfrqy in crystal . Syfctoifis B^.jjMn^Ct^Teif have- bt?i?n ¿.yntilf-ai r Mi tor the first timt; and Iticignetic proper'ti es h.ivi- hesn i niqated. 11 ha-;, h.it es-iatil »shod that with tha incr<.a!.e of Md, content in tl.f? Curls tt-niHredturB is iiicreaseu . Temper ery .>nd amplitude clurAutari =ti ca of. photocoticiucti vity in magnetic temi connuc 11 at have been lnvRstigated-for the first tlmr.

Tho-, thesis data have bat?r> published in 9 papers.