Магнитооптические явления в полуметаллах висмуте и сурьме при Т≥80К тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Р Г Б ОД

- 6 иди №37

На правах рукописи УДК 537.311.33

ЗАЙЦЕВ АНДРЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

МАГНИТООПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУМЕТАЛЛАХ ВИСМУТЕ И СУРЬМЕ ПРИ Т2:80К

01.04.07 - физика твердого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физ ико -м атематических наук

Санкт-Петербург 1996

Работа выполнена на кафедре общей и экспериментальной физики Российского государственного педагогического университета им.А.И.Гер-цена.

Научный руководитель: кандидат фшико-математнческих наук,

доцент Грабов В.М,

Официальные оппоненты: лауреат Государственной премии РФ,

доктор физико-математических наук, профессор Немов С. А.; кандидат физико-математических наук, доцент Трошнн А.С,

Ведущая организация: Физико-технический институт имени

А.Ф.Иоффе РАН

Защита состоится "/ " с^л?ь 1997 г. в {£ часов на засе. дании специализированного совета К 113.05.03 по присуждению ученой степени кандидата наук в Российском государственном педагогическом 5'штерсктсте им. А.И.Герцена по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. реки Мойки, д.48, корп.З, ауд.20.

С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке университета,

Автореферат разослан " 1996 г.

Ученый секретарь /")

специализированного совета / _ Н.К.Михеева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. Зонная структура полуметаллов типа висмута представляет значительный интерес дня экспериментальных и теоретических исследований. Это объясняется уникальностью свойств свободных носителей заряда в данных веществах. Малая эффективная масса электронов, их высокая подвижность, большая величина высокочастотной диэлектрической проницаемости позволили стать полуметаллам, в определенной степени, модельными материалами для изучения различных кинетических, гальваномагнитных и оптических эффектов. Именно на висмуте были впервые обнаружены эффекты де Гааза - ван Альфена и Шубникова - де Гааза, квантовые размерные явления и осцилляции магнитострикции.

В то же самое время, полуметаллы имеют большое прикладное значение. Соединения на основе висмута и сурьмы широко применяются при создании термоэлектрических устройств и представляются перспективными для использования в оптоэлектронике. Широкие возможности открываются при использовании полуметаллов в качестве материалов для создания эффективных приемников и модуляторов излучения, работающих в дальней ИК области спектра.

Для решения подобных задач необходима детальная информация о зонной структуре и влиянии различных внешних воздействий: температуры, давления, магнитного поля на энергетический спектр носителей заряда. Наиболее продуктивным методом изучения электронных свойств твердого тела являются оптические эксперименты, проводимые в сильных магнитных полях.

Ряд работ Дрессельхауза, Лэкса, Мавроада посвящен исследованию магнитооптических явлений в висмуте и сурьме. Однако измерения проводились на нелегированных образцах в главных кристаллографических ори-ентациях и, в основном, при гелиевых температурах. Так, до сих пор остается открытым вопрос о влиянии легирования и температуры на время релаксации носителей для магнитооптических эффектов в сильных полях. Нуждаются в уточнении параметры энергетического спектра Ь-электронов в висмуте, такие как тензор эффективных масс и ширина запрещенной зоны при Т>80К. Полностью отсутствуют данные магнитооптических исследований сурьмы для температур выше гелиевых.

Целью представленного исследования является экспериментальное измерение спектров магнитоотражения для монокристаллов сурьмы и висмута, легированного как донорными так и акцепторными примесями, в

различных ориентациях вектора напряженности магнитного поля относительно кристаллографических осей в диапазоне температур Т=80+280К, количественный расчет параметров энергетического спектра носителей заряда в широком интервале температур и степени легирования, а также определение механизмов релаксации носителей для магнитооптических явлений в сильных полях.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- изготовить образцы, представляющие собой симметричную полос-ковую линию (СПЛ) с зазором порядка длины волны лазерного излучения (10.6 мхм), с различной ориентацией кристаллографических осей относительно вектора напряженности магнитного поля и волнового вектора электромагнитной волны, получить магнитооптические спектры в сильных полях при Т>:80К;

- сделать выводы о применимости различных моделей энергетического спектра носителей заряда в висмуте и сурьме для описания магнитооптических экспериментов;

- на основе экспериментальных данных получить зависимости параметров энергетического спектра и времени релаксации носителей от температуры и количества легирующей примеси в кристалле;

Научная новизна работы заключается в следующем:

- впервые детально исследована анизотропия квантовых осцилляции магнитоотражения висмута легированного как донорными так и акцепторными примесями при Т>80К;

- получены значения компонент тензора эффективных масс Ь-электронов в висмуте и набор коэффициентов закона дисперсии Макклюра и Чоя при Т=80К;

- на основе анализа экспериментальных спектров установлено, что основным механизмом релаксации для межзонных переходов на уровнях Ландау при Т<© является рассеяние на дефектах и примесях, а при Т>Э превалирует вклад оптических фононов в рассеяние;

- установлено, что особенности в поведении коэффициента отражения сурьмы при изменении магнитного поля для Я=10.б мкм удовлетворительно описываются в модели плазмы свободных носителей с учетом влияния прямых межзонных переходов;

- в спектрах магнитоотражения сурьмы при Т=80К идентифицированы осцилляции, вызванные оптическими переходами на уровнях Ландау.

Основные защищаемые положения.

1. Наблюдение осцилляции магнитоотражения и их угловой зависимости в кристаллах висмута, в том числе легированных донорными и акцепторными примесями, при Т>80К, обеспечивает возможность определения эффективных масс носителей заряда Ь-экстремумов и их анизотропии.

2. Время релахсации для магнитооптических межзонных переходов в нелегированных и легированных оловом и теллуром кристаллах висмута при 80К незначительно отличается от известной величины при 4.2К и существенно уменьшается при повышении температуры выше 100К, что обусловлено преобладанием при Т<© рассеяния на дефектах и примесях, а при Т>0 - на оптических фононах.

3. Коэффициент отражения кристаллов сурьмы при Т>80К для Х=10.6мкм в зависимости от магнитного поля в диапазоне до 25 Тл проходит через минимум и затем резко возрастает практически до единицы, что представляет собой проявления магнитоплазменного эффекта. Наблюдаемое отличие спектров магнитоотражения от полученных в модели свободных носителей заряда обусловлено вкладом межзонных переходов.

4. Наблюдаемые при Т=80К осцилляции коэффициента отражения кристаллов сурьмы в зависимости от магнитного поля обусловлены двумя сериями межзонных переходов для энергетического зазора Ес,~107 мэВ и эффективных масс соответственно О.Оббто и 0.079шо.

Практическая значимость заключается в возможности использования результатов диссертации при разработке и создании эффективных модуляторов излучения, работающих в инфракрасном диапазоне.

По результатам работы получен грант "Быстродействующий магнитооптический анализатор ИК-спектра" ГР-69 от 20.01.96. (Конкурс грантов по фундаментальным иссследованиям в области приборостроения Государственного комитета РФ по высшему образованию).

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на Межвузовских научных конференциях в г. Липецке в 1992, 1995, 1996гт.; на научных семинарах кафедры общей и экспериментальной физики РГПУ им.А.И.Герцена в 1994-1996 гг.; на Всероссийской научно-технической конференции "Экспериментальные методы в физике структурно-неоднородных сред" в г. Барнауле в 1996г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации состав-

ляет 162 страницы, из них 116 машинописного текста, 69 рисунков, 5 таблиц. Список литературы включает 186 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследования, отмечена научная новизна полученных результатов и приведены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава представляет собой обзор литературных данных по исследованию зонной структуры полуметаллов. Анализируются различные . модели энергетического спектра носителей заряда. Приведены результаты работ по изучению влияния температуры, примесей, давления на зонную структуру. Рассмотрено влияние магнитного поля на энергетический спектр носителей заряда. Приведен обзор работ по исследованию квантовых ос-цилляций магнитоотражения и магнитоплазменных эффектов в полуметаллах и полупроводниках.

Во второй главе описана методика эксперимента. Приведена схема установки для исследования магнитоотражения в импульсных магнитных полях. Рассмотрена методика приготовления образцов, представляющих собой симметричную полосковую линию (СПЛ), с зазором порядка длины волны лазерного излучения. В работе использованы готовые монокристаллы сурьмы и висмута, чистого и легированного, выращенные в лаборатории полуметаллов РГПУ им.А.И.Герцена методом зонной перекристаллизации. Приведен список исследованных образцов с указанием состава, ориентации кристаллографических осей относительно вектора напряженности магнитного поля, а также концентрации носителей. Описана методика получения магнитооптических спектров и дана оценка погрешности эксперимента.

Третья глава посвящена результатам экспериментального исследования квантовых осцилляции магнитоотражения в висмуте, чистом и легированном, в интервале температур 80-Т-280К.

Зависимость проходящего через СПЛ сигнала от напряженности магнитного поля (рис.1) имеет сложную форму. Данный спектр получен при температуре 80К для чистого висмута, вектор напряженности составлял угол в 1° с биссекторной осью монокристалла. Согласно известной картине изоэнергетических поверхностей в висмуте, наблюдаются три серии межзонных переходов, соответствующие трем различным сечениям электронных квазиэллипсоидов (а, Ь и с). На рис. 1 указано полевое положение дан-

ных осцилляций, номер перехода соответствует номеру уровня Ландау, с которого наблюдается переход. В высокополевом режиме (В>10Тесла) выделяются особенности, связанные с переходами с низших 0=0) уровней Ландау: А, С- межзонные, В, О- внутризонные [1].

Рис.1.

Согласно Лэксу [2], межзонные переходы периодичны по обратному полю, и этот период равен:

При фиксированной энергии кванта излучения Ерн, период осцилляций пропорционален отношению ширины запрещенной зоны к величине циклотронной массы на дне зоны: Ео/юс.

В работе исследовано более двадцати образцов чистого висмута, в которых вектор напряженности магнитного поля лежал в бинарно-биссекторной, биссекторно-тригональной и бинарно-тригонзльной плоскости под различными углами к кристаллографическим осям. Из анализа анизотропии межзонных переходов были получены значения компонент тензора эффективных масс Ь-электронов висмута для температуры 80К:

Ш|=0,00143; ш2=0,171; т3=0,0046; т4=0,0164 (2).

Структура переходов, наблюдаемых в ультраквантовом пределе (А, В, С, О), анализировалась в рамках модели энергетического спектра Махклю-

ра и Чоя [3]. Наилучшее согласие полевого положения указанных особенностей с расчетом, было достигнуто для следующего набора параметров: <211=0,426; (322=0,03; <3зз=0,324; Ео=16.5 мэВ (3).

Сравнение значений (2-3) с данными, полученными при гелиевых температурах авторами [4, 5], свидетельствует о некотором увеличении эффективных масс Ь-электронов и об увеличении ширины запрещенной зоны. Этот результат удовлетворительно согласуется с данными Дрессельхауза, полученными для температурного интервала 22+80К.

Исследования осцилляций магнитоотражения, проведенные для нескольких различных кристаллографических направлений, позволили определить значение параметра Ео/шс для электронных сечений висмута в интервале температур 80-Т-280К. Наблюдается практически линейное уменьшение с температурой данного параметра. Поскольку для параболических зон относительное изменение с температурой Ей и шс равны между собой, указанное изменение Ео/шс подтверждает сильную непараболич-ность спектра Ь-электронов в висмуте.

Из анализа переходов с уровней Ландау j=0 , для температуры 140К получено значенение ширины запрещенной зоны Ес=20±2мэВ. Изменение с температурой данного параметра, а именно его рост представляется весьма интересным. Зависимость Есз(Т) складывается из двух составляющих:

(4)

дТ \дТ)г КдТ)у Первое слагаемое характеризует тепловое расширение при постоянном давлении, второе - влияние колебаний решетки при фиксированном объеме. Привлекая данные барических измерений Дрессельхауза, для первого слагаемого в (4), получено

„ . - -2-Ю~5еУ-К'' (5)

д Т )?

а найденная в представляемом эксперименте производная:

(тг) * 510'5еУ'к" (6)

^дт)

Таким образом, наблюдается рост ширины запрещенной зоны с увеличением температуры, несмотря на отрицательный вклад барической составляющей. Следовательно, в висмуте при температуре жидкого азота вклад фононов в изменение Ео превалирует над слагаемым, связанным с тепловым расширением решетки. В целом, рост Ео с температурой является нетипичным для классических полупроводников, и наблюдается лишь в уз-

козонных полупроводниках и полуметаллах, что отмечалось в работах [6, 7].

Исследования осцилляции магнитоотражения в сплавах ЬИТе показали, что небольшое количество теллура (до 0.01 ат.%) приводит лишь к увеличению концентрации носителей, при этом энергетический зазор и отношение Ео/тс остается неизменным. Дальнейшее увеличение содержания теллура повышает уровень Ферми до значений, при которых наблюдается отсечка межзонных переходов, согласно закону Бурштейна-Мосса.

Анализ переходов с низших уровней Ландау (¡=0) показал, что энергетический зазор в сплавах ЬМБп остается постоянным. Этот вывод согласуется с критерием "жестких зон", полученным в результате многочисленных исследований зонной структуры висмута кинетическими и гальваномагнитными методами. В то же время, сплавах В1Бп с увеличением содержания олова, отношение Ео/шс уменьшается. Это свидетельствует об увеличении циклотронной массы носителей шс на дне зоны. Подобная динамика, по видимому, объясняется увеличением влияния локальных деформаций кристаллической решетки при значительной (>0.1 ат%) концентрации примесных атомов.

Объяснение изменения кривизны зон влиянием локальных дефектов решетки, в определенной степени подтверждается данными, полученными на тройных компенсированных сплавах. Так как атомный радиус олова меньше, а теллура больше чем у висмута, то их интегральный вклад б параметры решетки должен компенсировать друг друга. Полученное для тройных сплавов В1БпТе отношение Ео/шс незначительно отличается от значения, соответствующего чистому висмуту. Небольшое уменьшение с успехом объясняется расхомпенсацией в сторону олова, которая имелась в исследованных монокристаллах.

Магнитооптические спектры, полученные в широком интервале температур, а также для целого ряда концентраций легирующей примеси, позволяют проанализировать влияние различных факторов на процессы рассеяния. На рис.2 показаны осцилляции магнитоотражения, полученные в биссекторном направлении для чистого висмута при Т=80К. Напряженность магнитного поля ограничена значением 0.8Тесла. При этом наблюдаются переходы для легких биссекторных масс, начиная с номера j=5.

Критерием различимости определенного межзонного перехода является следующее неравенство:

Щ >Т, (7)

где ¡Щ - расстояние между .¡-тым уровнем Ландау, с которого наблюдается переход и соседними уровнями, Г, -Т)к - ширина этого уровня. Т.е. магнитное расщепление должно быть больше, чем связанное с рассеянием уширение уровней Ландау. Количество наблюдаемых переходов, по крайней мере - 17, дает оценку для времени релаксации г«4-10-,3с.

0.2 0.4 О. б В(Тесла)

Рис.2.

Подобный анализ спектров, полученных на чистом висмуте, позволил найти зависимость времени релаксации для межзонных переходов на уровнях Ландау от температуры. Эта зависимость представлена на рис.3, здесь же показано значение % для температуры Т=22К, полученное в [1] с помощью моделирования формы линии эксперимента:

Т-ю13с 4

3

2

20

Рис.3.

100

200

Т(К)

Рис.3 демонстрирует значительное уменьшение времени релаксации для температур, превышающих 100К. Такая зависимость свидетельствует в пользу фононного характера рассеяния.

Типичные размеры импульсного пространства, в котором сосредоточены Ь-электроны висмута, составляют одну стотысячную от объема всей зоны Брилшоэна. Следовательно, без учета межэкстремумных переходов, основную роль дожны играть фононы с минимальным значением волнового вектора. Сравнивая закон дисперсии для акустических и оптических фо-нонов, можно сделать вывод, что наиболее эффективным является рассеяние на оптических фононах.

Температура Дебая 0 для висмута порядка 120 К. Считая вероятность взаимодествия с оптическими фононами пропорциональной их количеству:

(8)

для времени релаксации получаем:

rx—L- хер'г-1 (9)

пТ

-ept ''PHOS'

Таким образом, зависимость т(Т) для температур порядка и выше де-баевской:

г* | (10)

что и наблюдается в эксперименте (рис.3).

Анализ спектров, полученных на образцах висмута, легированного оловом, показал уменьшение времени релаксации пропорционально концентрации легирующей примеси. Такого рода зависимость представляется вполне обоснованной.

Некоторое расхождение обнаружено при анализе спектров для тройных компенсированных сплавов В15пТе. Исследования кинетических явлений в таких системах свидетельствуют об аддитивности вклада в процессы рассеяния для обоих легирующих компонент, пропорционально концентрации примеси. Однако, при изучении осцилляции магнитотражения в образце BiSn0.o5Teo.o2 было получено время релаксации т=2.5-10->3 с , что превышает значение, найденное для сплава В15по.о7, т.е. с той же суммарной лигатурой. В предположении аддитивности вклада, в сплаве В18по.5Тео.г осцил-ляций не должно наблюдаться вовсе, в то же время, экспериментальный спектр дает оценку времени релаксации т=2-10-13 с, что несколько больше, чем в сплаве В18по.25.

Качественно, данное явление может быть объяснено следующим образом. В исследованных компенсированных сплавах концентрация свобод-

ных носителей близка к значению для висмута, следовательно, плотность состояний для уровней Ландау с большими квантовыми номерами остается такой же, как в чистом висмуте. Поскольку вероятность рассеяния носителей, находящихся на уровне Ландау, пропорциональна плотности состояний, то и время релаксации для межзонных переходов в компенсированных сплавах будет близким к значению для висмута.

Совместный анализ концентрационной и температурной зависимости т говорит о превалирующем вкладе рассеяния на дефектах решетки при Т<0, и о рассеянии на фононах при больших температурах.

В четвертой главе обсуждаются спектры магнитоотражения, полученные на образцах сурьмы в различных ориентациях магнитного поля относительно кристаллографических осей при "П>80К. Зависимость сигнала, проходящего через СИЛ из сурьмы, от напряженности магнитного поля, представлена на рис.4 кривой 1.

Рис.4.

. Поскольку используемая в эксперименте частота лазерного излучения практически совпадает с плазменной частотой для сурьмы [8], такое резкое

увеличение сигнала с ростом напряженности магнитного поля может быть интерпретировано как магнитоплазменный резонанс. Дополнительным аргументом является наблюдаемая зависимость формы спектров от поляризации излучения, в отличие от экспериментов по исследованию межзонных переходов на уровнях Ландау.

Сурьма обладает двумя типами свободных носителей. Таким образом, при расчете формы линии необходим совместный учет вкладов электронов и дырок в диэлектрическую проницаемость. Были использованы значения компонент тензора эффективных масс, полученные при исследовании циклотронного резонанса [9]. При этом полагалось, что концентрация носителей и их анизотропия совпадает со значениями для гелиевых температур. В результате удалось согласовать полевое положение магнито-плазменного резонанса (рис.4 - кривая 2).

В то же время, форма линии не соответствует полностью модели газа свободных носителей. В [10] было высказано предположение, что наблюдаемое отличие вызвано влиянием межзонных переходов. Данные переходы происходят в зонном экстремуме с энергетическим зазором порядка ЮОмэВ, край поглощения для них весьма близок к плазменной частоте. Подобная ситуация наблюдается в сплавах висмут-сурьма, легированных оловом, на что указано в работе [11]. Используя аналогичную методику, удалось согласовать расчетную форму линии магнитоплазменного резонанса с экспериментальной (рис.4 - кривая 3).

Время релаксации в модельном спектре для Т=80К принималось равным 1.9-10"с. Увеличении температуры до 110К, приводит к уменьшению времени релаксации до значения 1.3-1013с. Согласованием расчетной кривой, со спектром, полученным при Т=25К в [10], найдено значение т=4-1013с.

Отметим, что такое же изменение температуры не сказывается на структуре осцилляций, обусловленных межзонными переходами на уровнях Ландау: Т8ок=Т25к (рис.3). Такое несоответствие в температурной зависимости времени релаксации может быть объяснено качественным различием поведения функции плотности состояний носителей для указанных явлений. В процессах, представляющих плазменные и магнитоплазменные явления, участвуют носители, сосредоточенные в непосредственной близости к поверхности Ферми. Плотность состояний, характеризующая вероятность рассеяния, для распределения Ферми напрямую связана с температурой: ширина "ступеньки" пропорциональна кТ. В то же время, из анализа осцилляций магнитоотражения в висмуте следует, что рассеяние носителей на

уровнях Ландау связано при температурах ниже дебаевской только с качеством кристалла (с количеством дефектов и примесей), и только для более высоких температур увеличивающийся вклад фононов в рассеяние приводит к уменьшению времени релаксации.

Плазменная частота сурьмы практически совпадает с частотой газового СОг лазера. В результате, при изменении напряженности магнитного поля пропускание СПЛ варьируется в широких пределах. Таким образом, использование импульсных полей позволяет создать быстродействующий оптический клапан для такой широкоиспользуемой длины волны лазерного излучения.

Проведенные расчеты показали возможность наблюдения магнито-плазменного эффекта на используемой длине волны излучения только при определенных соотношениях между эффективными массами и концентрациями носителей. Этот вывод подтверждается экспериментальными спектрами, полученными на образцах ВГГео.ь 5Ь?4В126 и В12Тез с большой концентрацией носителей. Значения времени релаксации, найденные в результате моделирования формы линии указанных спектров, удовлетворительно согласуются с результатами оптических исследований ряда авторов.

Спектры магнитоотражения в сурьме, помимо монотонного нарастания сигнала, характеризуются небольшими осцилляционными особенностями. Эти особенности наблюдаются в диапазоне напряженностей магнитного поля до 5-6 Тесла и обладают чрезвычайно малой амплитудой (рис.4). Однако полевое положение и периодичность позволяют интерпретировать их как межзонные переходы на уровнях Ландау.

На рис.5 приведена зависимость сигнала от поля, направленного вдоль тригональной оси монокристалла сурьмы. Температура образца равнялась 80К. Отмечается два ряда особенностей, номер перехода связан с номером уровня Ландау, с которого происходит переход. Индексы "а" и "Ь" соответствуют легким и тяжелым циклотронным массам.

Две серии наблюдаемых переходов могут быть описаны в рамках параболической модели для зоны с Ео=107мэВ, при этом та-О.Оббто, тС2=0.079то, что незначительно расходится с данными для гелиевых температур, полученными в работе [12].

Поскольку осцилляции наблюдаются при энергиях фотона близких к Ео, можно сделать вывод, что переходы происходят не в Ь- или Н-экстремумах. В данных экстремумах имеются свободные носители, и, согласно [5], отсечка межзонных переходов происходит здесь при Ефот<0.5мэВ.

1 2 3 4 В (Тесла)

Рис.5.

Предположительно, переходы происходят в экстремуме, локализованном в некой окрестности Н-точки зоны Бриллюэна. Определить локализацию с помощью стандартных методов расчета электронного энергетического спектра не представляется возможным, поскольку точность таких расчетов не превышает нескольких десятых долей электронвольта. Таким образом, магнитооптические исследования дают о зонной структуре сведения, недоступные при изучении гальваномагнитных и других явлений.

В заключении диссертации сформулированы основные результаты и выводы работы:

1. Детально исследована анизотропия квантовых осцилляций магнитоот-ражения висмута и сплавов В15п, В1Те, В15пТе в диапазоне температур от 80 до 280К.

2. Из анализа спектров магнитоотражения получен набор коэффициентов (2н, №1, Ео закона дисперсии Макклюра и Чоя, а также компоненты тензора эффективных масс Ь-электронов висмута при Т=80К.

3. Получена зависимость параметра Ео/тс для электронных сечений висмута в интервале температур 80-г280К.

4. Установлено, что в сплавах В15п увеличение содержания примеси ведет к уменьшению циклотронной массы на дне зоны тс.

5. Получена зависимость времени релаксации для межзонных переходов в висмуте и сплавах В18п, В1Те, В15пТе от температуры и степени легирования.

6. Установлено, что для температур меньших Тдебая рассеяние носителей для процесса межзонных переходов на уровнях Ландау происходит на дефектах

решетки и примесях, с повышением температуры основным механизмом становится рассеяние на оптических фононах.

7. Установлено, что в образцах висмута, легированного оловом, уменьшение времени релаксации пропорционально степени легирования. Однако в тройных компенсированных сплавах BiSnTe наблюдается незначительное снижение х при той же суммарной концентрации примеси.

8. Получены спектры магнитоотражения для сурьмы в основных кристаллографических ориентациях при Т>80К в полях до 25Тл.

9. Показано, что полевое положение магнитоплазменного резонанса в сурьме при Т=80К удовлетворительно описывается в модели газа свободных носителей с привлечением известных данных об анизотропии эффективных масс электронов и дырок сурьме при гелиевых температурах.

10. Установлено, что для описания формы линии магнитоплазменного эффекта в сурьме необходим учет влияния межзонных переходов.

11. Показано, что наблюдаемые особенности в коэффициенте отражения для монокристаллических образцов с большой концентрацией носителей BiTeo.i, Sb74Bi26 и Bi2Te3 являются магнитоплазменным резонансом.

12. Обнаружены осцилляции магнитоотражения ИК излучения с длиной волны Х=10.бмкм в сурьме при Т=80К.

13. Показано, что наблюдаемые особенности относятся к двум сериям межзонных переходов на уровнях Ландау в зоне с Ео=107мэВ, при этом mi=0.066mo, ni2=0.079mo.

Основные экспериментальные исследования были выполнены на кафедре физики Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна под непосредственным руководством доктора физ.-мат. наук, профессора Иванова К.Г., за что автор приносит ему свою благодарность.

Список цитированной литературы:

1. Vecchi М.Р., Pereira J.R., Dresselhaus M.S. Anomalies in the magneto-reflection spectrum of bismuth in the low-quantum-number limit. // Phys. Rev. В.- 1976.-V.14, №2,-P.298-317.

2. Lax B. A simple nonparabolic model for electrons in bismuth. // Bull. Am. Phys. Soc.-1960.- V.5.- P. 167.

3. McClure J.M., Choi K.H. Energy band model and properties of electrons in bismuth. II Phys. Rev.- 1967,- V.156, №3,- P.785-797.

4. Эдельман B.C. Свойства электронов в висмуте. // УФН.- 1977,Т. 123, В.2.- С.257-287.

5. Пономарев Я.Г. Энергетический спектр носителей заряда в узкощелевых полупроводниках и полуметаллах: Автореф. дисс. ... докт. физ.-мат. наук.- М., 1983.-55с.

.6. Равич Ю.И., Ефимова Б.А., Смирнов И.А. Методы исследования полупроводниковых материалов в применении к халькогенидам свинца PbTe, PbSe и PbS.- М.: Наука, 1968.- 384с.

7. Грабов В.М., Иванов Г.А., Иванов Ю.В., Лужковский А.В., Яковлева Т.А. Температурная зависимость параметров зонной структуры в полуметаллах и узкозонных полупроводниках. // Физика твердого тела: Тез. докл. межвуз. научн. конф.- Барнаул, 1984.- с.3-4.

8. Nanney С. Infrared absorptance of single-crystal antimony and bismuth. // Phys. Rev.- 1963.- V. 129, №1.- P. 109-115.

9. Datars W.R., Vanderkooy J. Cyclotron Resonance and the Fermi Surface of Antimony. // IBM Journ.-1961.- V.8, №3,- P.247-252.

10. Dresselhaus M.S., Mavroides J.G. Optical De Haas - Shubnikov effect in antimony.//Sol. St. Comm.- 1964,-V.2, №10.-P.297-301.

И. Степанов Н.П., Грабов B.M., Вольф Б.Е. Влияние межзонного перехода на затухание плазменных колебаний в сплавах висмут-сурьма. // ФТП.- 1989,-Т.23, В.7,- С. 1312-1314.

12. Apps M.J. The band structure of group 5A alloys : magnetoreflection experiment. //J. Phys. F.- 1974.- V.4, №1.- P.47-67.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Зайцев А.А., Кондаков О.В. Определение составляющих тензора эффективных масс L-электронов в висмуте при Т=80К. // Деп. в ВИНИТИ.

27.10.92.-№3083-В92.- 12с.

2. Зайцев А.А, Кондаков О.В., Рябых А.В. Возможности неквадратичной эллипсоидальной модели в магнитооптике. II Деп. в ВИНИТИ.

14.04.93.- j\o952-B93.- 43с.

3. Зайцев А.А., Кондаков О.В. Определение компонент тензора эффективных масс электронов висмута. // Тезисы 6-ой межвуз. конф. молодых ученых.-Липецк, 1992,- 1с.

4. Зайцев А.А., Кондаков О.В., Матовников В.Л. Полевая зависимость уровней Ландау в модели энергетического спектра Макклюра и Чоя. // Деп. в ВИНИТИ. 16.08.93.- №2281-В93.- 48с.

5. Зайцев А.А, Кондаков О.В., Матовников B.JL Форма линии в магнитооптических исследованиях сплавов висмут-сурьма.// Деп. в ВИНИТИ. 21.10.93.-№2638-В93.-21с.

6. Бровко C.B., Зайцев A.A. Выделение осцилляций в магнитооптических спектрах. // Тезисы межвуз. научи, конф,- Секц. "Математика и физика".-Липецк, 1995.-С.66.

7. Бровко C.B., Кондаков О.В., Зайцев A.A. Оценка времени релаксации по спектрам магнитоотражения. II Тезисы межвуз. конф.- Секц. "Проблемы физики и технологии ее преподавания".- Липецк, 1996.- Вып.1.-С.10-13.

8. Бровко C.B., Зайцев A.A., Иванов К.Г., Кондаков О.В. Магнито-пропускание полосковой линии из висмута. II Деп. в ВИНИТИ. 22.07.96.-№2492-В96.-41с.

9. Иванов К.Г., Кондаков О.В., Бровко C.B., Зайцев A.A. Межзонные оптические переходы на уровнях Ландау в висмуте в ИК диапазоне при Т=80К. // ФТП.- 1996.- Т.30, вып.9.- С. 1585-1590.

10. Грабов В.М., Зайцев A.A., Иванов К.Г. Магнитооптические явления в кристаллах сурьмы в инфракрасном диапазоне при Т>80К. // Материалы Всеросс. научно-технич. конф. "Экспериментальные методы в физике структурно-неоднородных сред",- Барнаул, 1996.- С.51-55.

Основная часть экспериментального материала получена автором лично. Научный руководитель Грабов В.М. и остальные соавторы принимали участие в постановке задачи и обсуждении полученных результатов.