Миллиметровая магнитоспектроскопия конденсированных сред с взаимодействиями на примере органических металлов и систем с тяжелыми фермионами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

РГ6 ОД ФИ111К0'ТЕХМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ О 3 ФЕЗ 1997

На правах рукописи УДК 537.632, 537.635

СЕМЕНО Алексей Валерьеннч

"МИЛЛИМЕТРОВАЯ МДГНИТОСПЕКТРОСКОННЯ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕД С ВЗАИМОДЕЙСТВИЯМИ ИЛ ПРИМЕРЕ ОРГАНИЧЕСКИХ МЕТАЛЛОМ И СИСТЕМ С ТЯЖЕЛЫМИ ФЕРМI ЮНАМИ"

01 (11.07 - "Фи шка твсрлого тс.’кГ’

АВТО РЕФЕРАТ

лпи срмнпя ил сот канне ун'ноп сн.'пеич к,'!! Н1 |.!га фн'шко- г.кпсчтичса.нх паи.

Москпа - Г)1)/

Работа выполнена в Институте общей физики Российской Академии Наук.

Научней руководитель:

доктор физико- математических наук, Демишев С.В.

Официальные оппоненты:

доктор физико- математических наук, ПудаловВ.М. (ИФВД РАН) доктор физико- математических наук Васильев А.Н. (МГУ)

Ведущая организация:

Физический институт РАН

Защита состоится йУ” 1997 года в часов на заседании

диссертационного совета К 063.91.09 при Московском физико- техническом институте но адресу: 117393, г. Москва, ул. Профсоюзная, д. 84/32, корпус В-2.

Отзывы направлять по адресу: 141700, г. Долгоируді .їй, Московская область, Институтский пер., д.9, МФТИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МФТИ.

Автореферат разослан "Л" ^ 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета К 063.91.09 МФТИ

кандидат технических наук

'- '7 .

Н.П. Чубинский

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. .

Одним из магистральных напраплспии современной фи змки конденсированного состояния является изучение низкорлзмерных систем .С экспериментальной точки зрения низкорлзмерпый 'электронный 1аI может быть реализован п различных объектах, которые условно можно ра полип. на лис большие группы. К первой Группе МЫ отнесем "естественные" ('О-’.СК’И, П’КПе как поисрхиости скола в полупроводниках, слоислые по прокодиики и низкеразмерпые проводники. Ко второй группе мо&по отнесгн р пноеПразные “искусстпсинмс*' объгк]ы, такие как гетероструктуры, кпачгочие ямы и сверхрсшсткн, для создания которых необходимо применение современных микроэлектронных т е X Н О Л 01 ИИ.

Среди “естественных" птпкорлшернмх соединении, находящихся п истре гниманич исследователем, гыдспяеюя группа оришичеекпч мсьн ов па основе молекул ВЕПТ-ТТР п ВНОО-ТТР. Эги соединения игтьно анч ми | 141111.1 и ч них имеет МССТО сочетание 0ДН0МС-рП!.1Х И дпумерных С МО |К 'I В, -ЦП И.-очв 1ЧСК-Я И сушеетвопаппп различных механизмов в г.нмо юнс1 мим м 1 мч.итч Конкурепиич ЭТИХ механизмов .Приводит к по ЧПП.НОВ-ЧНПО I 'If.ni I *

сос I о л н и й типа полны арадовоп плотносш, волны спиног.''ч пвлпо.ш или, (Л’ерх[1р(Ч’°.'|им<:сIII. I) пекоюрых соединениях .«тою рчт! “рп !. :пг- ч\ темпер ) Iра •. п м'гро мекч слоллое мпшн гоупорч то 1 «.'*!»г• г < .к 1 -чине. >■ часнюын в I ПИ > Г- ) 1ТЬКЧ^ЯС^) 1 ;пя Т::Р)К рр.-.чч \" ш, » ом • .-■* иш" < . чр т

СПИНОГ'.Г'И И. Ю 1 НОС ! I!. !> ДруЮЧ 1111 ПчОразМ С р! 10 М Пр.'-'ч ' И1|'ч\ I :;П) 1

ПТ)/.’!; 2М -О в драпа:опе р.’алпзу.мся переход *..оч' щ 1 т., !р"',.

евч иппыи, но- видимому, с пеуена: шг-оепао шма волны - ;р’, ;о> и :\ -ч лп-ч Iр

Таким оГ,;>аз)М, ;;сз\тл Iнч*;гарвнрогаиия егмилч !‘юм 1и.!

Ч0МПОН<,НГ:‘. X В СО? 1ПЧСНИЯ'; рч.п (НГЛЛ“-ТП\|\\.. . . ВМ Р\ \ в »• :Р :

модельными ооьечпмп а 14 и;уччп:я широ;-.мо кр\;а пр'-'1"' г;-'. «• 1

НИ Л'<’ра ^В’ГНР.'Х ! I р( Ч’О.Н ! I! ков .

С пламен гад: ном ючки зрения. г^ооеп1 ,ос1 п в мпм.» 1'чи ц-и [ кьазнчаетш' в рассматриваемом классе -макраплоа 1 ::В'ки. чн юд*!:;.!

К0ЧДСК1 ИВ.МЫХ В3.1ИМО ВЧ!С! ОК.'! ЗЫ ВоСТ СЯ МСНЫао И IИ РгрИк! ! М*И. ]М Сч ,

попа мег п тпапаюп милчимпрсч'-ых впдц.

Поэтому методы магнитооптической миллиметровой спектроскопии о приложении к. 'органическим проводникам представляют большой интерес с точки зрения изучения их зонной структуры. Однако, применение магнитооптических методов к исследованию органических металлов встречает ряд серьезных трудностей, обусловленных, главным образом, малыми по сравнению с длиной волны излучения размерами цонокристаллов этих соединений. Кроме этого, сложная структура спектра возбуждений в этих системах диктует необходимость широкодиапазонных исследований, что затрудняет использование резонаторной методики. _ .

Магнитооптические методы оказываются полезными и при исследовании систем с тяжелыми фермнонами, которые также могуг иметь различные типы основного состояния, как с магнитным упорядочением, так и без него. При лом, как и для органических проводников, характерные энергии взаимодействия • могут попадать в миллиметровый диапазон. Следовательно, еще одним естественным приложением миллиметровой спектроскопии в сильных м.ннпшых полях являося случай соединений с тяжелыми фермнонами.

Пу.'н.м I.,’.стоящей работы являлась разработка широкодиапазонных перезонаторних меюдов низкотемпературной миллиметровой 'спекфоскотш в сильных магнитных полях н применение нх для исследования циклотронного и магнитных резонансов в органических металлах и в системах с тяжелыми фермнонами. "

Научная \и>«п ш_а диссертационной работы состоит в следующих положениях:

Разработана широкоднапазонная нерезопагорная методика, позволяющая исследовать по1Лощенне микроволновой мощности в диапазоне частот 20-ПКГГц, в магнитном поле до 70 кЭ при температурах 1,8-4,2 К в металлических образцах, в том числе имеющих малые по сравнению с /миной волны излучения размеры. • ■ .

Исследован характер резонансною мапштопс!лощения микроволновой мощности в квазидвумерных органических проводниках семейства а-(ВЕрТ-ГГР)2МНй($СЫ)4 (М=К,Т1). Обнаружено, что спектры мапниопопющения представляют собой супернозишпо широких максимумов с шириной л!!/В<1,

отвечающих циклотронному резонансу дпумерных носителей, и узких (ЛВ/П^О, I) резонансов меньшей амплитуды, обусловленных магнитными резонансами.

В органическом проводнике а- (В Г ОТ-ТТ ГІ з К Н [\( N С N )4 и его изоструктурном аналоге а-СВЕОТ-ТТРІгТІНо^СТ^ зарегистрированы Моды циклотронного резонанса с эффективными массами т~0,45піц, т=1,32т0, т=2,23т0, причем мода с т~0,45то обладает дисперсией в исследуемом диапазоне частот. В этих соединениях, ебладающих при Тг:10К магнитной структурой, обнаружены моды антиферромапппного резонанса и электронного парамагнитного резонанса на электронах проводимости.

Для органического металла (ВЕСО-ТТГ)Кс04(1ЬО) выполнен анализ фермы линии циклотронного резонанса. Обнаружено, что в отличие от «-(ВЕ1УГ-ТТР)2МНе(5С1\').4 (М=К,Т1) эффективна:! масса увеличивается с частотой излучения от т~0,8іпо (г-80 ГГц) до т^О,95пто (у~120 ГГи). Исходя из ширины линии циклотронного резонанса определено время релаксации т(у=100ГГц)~2.9х10'мс, которое более, чем в 3(1 раз препишаеі .значение пню параметра в низкочастотном пределе т(у->0). Проведен анапп , ;пісиіі',чпі эффективно!! массы и времени релаксации п рамках, гак на імваемпп. обобщенной модели Друлс и нокаїлпо, что аномальное поведенії1' положення н шприпгл линии циклотронного резонанса обусловлено, но- видимому, сильными ферми- жидкостными эффектами.

На примере концентрированной кондо- системы Ое1?(, п"члино. что структура резонансной) магпитоиоглоіиеиия формируется как суперпозиция частотно независимых линий, связанных с м.пшпнымн перехотами па фазовом диаграмме, н ЭПР с и- фактором, тмемяюишмеи о г 2,0'і;0,(М при I •• !,2К ;<■ 1,8310,03 при Г' І.ЯК. Показано, что верочнюй причиной сіпі.ппй перенормировки g- факюра ,чо::.ег стулить іачт-іч кая ре.пкпин ма:нптпчи-> момсіїїа 4/"- электронов.

И не.ичиронанном кондо- пзоляюрс 5тРг, оонарулено ”>111' . п^члошени-’ а окреглности р;.2, ИМ1И1НІСЄ луГіїетш'іо структуру і ф ікгорам;, ;■] І І) ’'її' п

йг’І.ІЗДі0,003 НаіИеио, чго уменьшение темиерпуры ог 'І - 'ОК '1 •• І.М-

ннл\пируст резкое уменьшение ІІЧІІ ИПуЛМ КОМІВ-НеНП-І Г :/[- Цр- І :.М"ІІ •

моделі., стпмвамшаи ;;,>;шне ос<>Г>епносін с 'МІР н.. о'*"* ія.чшмч д .•>. і.:\ к'рисіаллическоіі структури гскеаО'рп.м сам.іріїч

Иржі.іаїШ'З_____ШШОсть результатов, полученных в настоящей

дпссеріаппонноп работе, заключается п разработке методик пшрокодилпазоппого исследования v резонансною магнитопоглощепия миллиметровою излучения її соединениях с высоком проводимостью'.

ЛіфпГіанші пашіп.к

Основные результаты дисесртационной работы докладывались на II Международной Конференции по Низкозноріеін'нюп Электродинамике Твердых Тел (I.F.KS 2) (їрест, Чехия, ІУУ5), на Международной Копі|)Є|)енцпп по Науке и Технологии Синтетических Металлов (1CSM) (США, 19У6),. на XXXIX научной конференции МФТИ, а также па семинарах ■ ІІОФ 1‘АП и Кларендонскоіі паоораторим университета і. Оксфорда (Великобритания).

ПушіііТДіІЩК

По результатам диссертации опубликовано восемь печатных работ.

('■ю !=ем Ліїсеері aim»!.

Диссертация eouom из введенім, четырех т >ии п ouiomiux кыш'.лоп и содержи і 131 сгрлшшу машинописною текста, включая 3!. иллюстрации і,

список литера тури из R5 наименований ,

- ' II. ГОДП'ЖАНПП I’AbOI U.

. ' jiu_ ит;о,!.с|1.(1| обоснована актуальность теми дпесертаппиппоп p.ifunii,

сформулированы' основные4 цели исследования, кратко изложено распределите материала по главам, а также приведены положения, определяющие научную новизну дпссерідпии.

ІкщкціЛ'іШіЦ представляет собоіі литературный обзор, где рассмотрены структура и свойства киазидвумерных органических металлов a-(UEI3T-TTF.^M Hg(SCN)^ (M-K,Tl,Rb,NH4) и (BEDO-TrF)2ReO:,(l ігО), а также приведены известные литературные данные по резонансному мапшгопоглощепню излучения в органических металлах и некоторых сисіемач с тяжелыми фермиинцмп. '

ч

Ociiofv ссч-дчнемші is-»BEDT-TTF»;\UIg(SCN>; (где 'I K. 17. Kb. NHt) составляет органическая пелену m fft'TTrF

(&с(э1иде!и!гт!'г>)гсграшгфудьгааем). Изменение кочгоік'і'и M очдтмкаег сильное влпіінис in cpoitcrw ET-ctnei'i. В соелин-н-чх (РЬ'ПТ-ТГП:\„ молекулы BEDT-TTF пжопаны в лнучерные слоіі. і:ч котрим пгоиемх'чт нерсчос згртда. рапгденпме едоччн пшіоноя MHrt.SCN»». Т.жич структура определяет сильную ашілятопк!» прево.гчших croitcn» тпгс сг»гі«»»г»>іі!»

В солях (RUrxr-TTFbMHdSCN).) є аштча'ш M^K.Tt.R*' rtptt температурах T..-S-10K ПРОИСХОЛИГ ЗЯЄКТро!‘іШГі яерем'л.

геліюE»vK2JK>c««!cn ’нпііі'ерромаппгтнч упор т'счеі!;г.'« я перестройкой зоічіой структури. 7»»о снягіїпю с еоратовачиеч пр” Г, r<vrn» нлотпоспі (ГСП), в рс'ульт.іте нсустоГічнпоспі открытых уч.'стvri* ЛФ {І|

В глапе рлссчлтрч>у??атся литературные данные яо ііл"с,п"-> сгр;лту г-ы П’ї» crueft <BEDT-TTF)iMHg(SCNV| (М=К.Т!) в {хгаичпых фл мх пххем ••rv-рсчііч v-rammm осштт.івіі гротопимосгн ІПуйжггом- дг-Глап (ШдГ*. ч.іінпче>:« поспр!Ш''ч»госіч ле-Падм- і'ан-Аан;-ь-.ііл (дГг.Л\ a f.wo yr-'-it•ччпч-пг.ч» чатитосогіропниенігі Показано, W1 ПФ де»ет1Ч!тсл>,!'о черсстр. ;:!■.\' ге > прч низких температурах, 'ота л с таї и Сф.ктурп ПФ п сосюччнч ПСИ чсгл-цч

ПИ.ЧСНСЧІІНМЧ ІІЄ ДО Vf'Hin.

В качесігс пр!'-':п органического ррогодішкч. сЧ\;п-,.:чч.",.чо ««MV.MiMwt оснорнчч состоянием, рассмотрено соединение (ВЕРО-ТП-bReO ir!:Oi

Ih ланнмх ПО М.'пчисччшічео ;••! ІПГКТроСКГЧНІИ р-. -\-)ЧП1ГЫ

н.'сле.’орлнші )ПIі. ЛФМР (f, фазе ВСІ!) н UP n oj-r.m-'';..cv'.:\ ~гг"-.о-ч>чкл\ Оораимст на ссо ї :чі:»мані;с значительное рахтичію г.'-чіч’х члсс

носителей. полученных ігз ЦР н кг.антегчх осні’лачччч, >'< гор. f-ч-а оОндрукено г. рчд" РЕОГ-ITF солсіі {2..Ч. Такая nepewpMJtrv'-J.\ v.veit *<o».v* обмснчтьсч СІІЛМІМУИ ферЧЧ- КИЛКОСН’МЧП эффсКГЛЧ»

Эксперимент!! по изучение мк> ро."с чю ..чо .т. : v:.-. : ••

нелепірокінних системах с ТПЖСДТ :v.:i «|<срч;ісі< -0/1! оч.чп. і:.’Ч" ■. :;>с ':ч,о,\

некоторые чз них рассмотрены в пог.;; чем части ілзгн

Вторая. .гл.апі! іюеячічсча оты.-'.иню лкеперич.'. " х „ч чи- -.її и

метати •.іеслсдоплш:’-. н. мо п^ораші'.*'. а ігаеючнич'і р-Лч" -

Дтя изучения ^<1>(}>скгои, основанных на магпиюпоглошеппп Излучения миллиме фоиого диапазона при низких темпера|урах к сильных магнитных нолях, была сошна экспериментальная установка, поиюдяющая проволть исследования при температурах 1,8- 4,21%, и в мапшгпых полях до 71. В качестве источников ииучепия использовался набор тенератров на основе ламп обрапюй полны, коюрые перекрывали диапазон часют 37- 120-ГГц.

Для широкодиапазонного исследования проводящих образцов была применена методика, основанная на прямом измерении темпераорпых и вменении вследствие поглощения обратном микроволновою излучения, В [лаве приведены результат тествых измерений диэлектрика СпОеОл, а также фолы некотрых ЧПС1ЫХ металлов (Ли, Л^, Л1, III н др.)

И__11:ез ьсп_главе представлены результаты исследования характера

резонансного мапппопоглошенпн излучения миллиметрового диапазона в органических проводниках.

II части 3.1 мавы приведены данные исследований нзосфуктурпых соединении 1.--(ВНПТ-ТП:)>КНй($С1ч'))) и и-(ВШ Г-Т!Т)11 ИЦ:(ЬСЫ).,. км' прыс с.'.темкн с1>ойс!ьа ква шодномерных и квапшвумериых проводников п пер< хчлш нл/кс 'Г-, в сосюяпие водны спиновой-плопюстй (ПСП) с ашиферромапнпным упорядочением. В части 3.2 приведены данные по ЦР в квазндвумершм проводнике (ВиЮ-'НОгКеО^ПЬО), коюрый явлнеюя сверхпроводником с. 1\.-2,-1К и не обладает мапппиой ируктурой. ,

Измерение мапнпонемшценпи солей и-(ВШТ-ТП-ЬМНу(ЬСМ)4 (М= К,'11) проводились на монокристаллическич образцах п геометрии Фарадея, кшда маынпное поле перпендикулярно проводящим плоскостям. '

Гппичная спектральная кривая для «-(ВГОТ-ТП'Ь ПНу^СМ).), как функция поглощенной мощности ог магнитного поля Р2(И), при постоянной частоте ()3 ГГц приведена на рис’унке 1. Когда образец помещен в измерительную ячейку, то в дополнение к фоновому мапнпопоглошению (кривая 1) наблюдаются как широкие, так и узкие особенности резонансного мапштоиоглощешш (кривая 2). ‘

При обработке экспериментальных данных выделялся общий вклад Р2(В) (кривая 3), вносимый в поглощение образцом. При этом из зависимости общего

Рис. I М ЧПІИ ГОПОІ ЛОІІІСППС (ПГЛУГ-TTFbTlIlrpSC N)t при (S.M'I'u; Крнная 1: пуста ч измерительная

ячейка. Кривая 2: измерительная

ячейка с оОралюм Крипая 1. функция, показывающая широкие осоОепносш маї ні! іопортопіення. нследсішіе IIP Крнная •!: функция, пок ныпаэтшая ужне манити,іс рс «шансы малоіі ачплічу.чьі.

G

і ют чсяценші (крнная 2) пьгіигалап, монотонная іаїшснчосіь чаї чи гоїіог н.чцгпич яненки (кршічя і). Для ію ісс отчсілтюто выделения \ ікнх осоОспигч о и м.і ■ <>іі ■'мтніулм iipiiH(,;ni.ioLi, сгчлжитшір крипті и iiawnnai'i. їїч ним» оіігмччч.п и помптыо Фмікипи Р (В). і оісрлашси юи-мі ічі■ р-<ч.'і:о: <и\чінс с її-. рае(.чі!Ті.іг.;ілось оі ношение Г (!!)/Г-(!П. Н і гісеїч- р" ллы і м,

илліоеіріціуіоіііеіо 11v іп1но і)ру. црцге.ч 'па крипая 4 на рисум1 .' 1. на v іар-чі хорошо I’.l! II11.1 ірн .'ПИШИ. ООО ЯІ І-: "ІПЧ.І" L.S Н А. \«м imy.M J1! І\ ИІНІРІ і ос іа.іПіН' і оі П. \ ■ і<і - ’’, . •

II іа її ігач'шгчо яіачепмя іемперчр.рьі Дині іа. для Ці’ іоглмо "і.іі'і лпчре; scioUK' '(си\-|', cicvmпсаїчіо, пп'ромк- •■'аеиносіч. ач'.гпи'.'ч і '.чиорт составляет -Ні1','', мол по рассмат рішать кар ;юі чошс н:;е .',е іс ’с II!’

ІЧ’.Ччпчпумсрпі'ік НОСІ! Р'.'іеіі. Учкпе .ЧИІЧИ C аЧІІЛІІ іулоіі -_?г; • О.MB) і1'" :.hi,

'пі і1 чі 11 ы ч ч р.' юпаїїе.рчі (ЭПР и А'ІЛЧ’).

Для плен іпфіп; піші рч і іичрмх рс "чиїй нмх мої ана пі.ч’р я. гііі і. іименеїшя форми н положении л.пч я с частчо'і .ї.:і<ім u дчя сачі с і; а

М- ГІ ПІїаЛОПіЯП!,!. По ПСОМ ІІССЛСЧУСМОМ ЧЛСЇОМНІМ .ЧИЛІ 1.1 Л Я і,- |! I ■ : :і і.". I; ) I -■ ч і:,с

широкие ре юнапсіпле особенности еооімстс; v омич іі.н ччірі-міпч ї

пр (І.ЗіЧц и чі '.І 1.5'іпі.. с частім по s .нікчімі і,. но ач- оипеч ■ а> і мч\мол Крім гою, н оГРіастн частої <(н)]Тн пилил г>оо і іоаа ре яеіансі.мч оиА п г. u і іооілеісівуиішая іа,. — Ч’іп і ' .

0 2 4

В (Tfjsln) .

С целый удоствериться, что широкие особенности ооусловлены поглощением свободными зарядами с киазшшумерным л1ер|е1ичоским спектром, был проведен эксперимент н ы.нтпниом ноле, наклоненном к ппово (яшсп шнк косш образца. Когда машитпое ноле наклонено под углом О, ил- гри резонансные линии сдвшаюзся и область более высоких нолей В пределах 'жснсримешалыюй ошибки угловая зависимое)), эффекпшпой массы имеет след^ютнп проеюй вид: 1т(0)-тсо/соь(и), чт яьлнен'я характерным для Двумерных споем, кода за квантование движения постелей ошечает иормал1.пая компонента магнишого ноля. •

Характер зависимости широких особенностей м.п пшошилошепия в «-(В1:Л>Г-'ГП:);.К1и м-(В ЕОТ-ТТР)?'ПI<я’(БСК)., от температуры и угла наклона поля подшержлают идентификацию их, как.пиши ЦР

Чависпмоон т(а>), полученные из положении широких особенностей кривой маптнюпотлошепня 1‘(В) и и -(В НОТ-ТТ (■■)_* КI 1й< )4 и и-(В1:ПТ-

'П'Н)Л1111’(ХСЫ)4 показаны на рис.2. Кроме ЦР с поетчнпоц эффекпшнои ма^ой 1п^2,Пт,) (кривая1 рис.2) имекн мест еще дне ьепш с частто кшпепмымп циклофопиыми массами тДы), соо! некм вуюшне наиболее ишенипшым особенностям поглощения (кривые 2 и 3 рис.2).

* *

3

Рис, 2 :)кепірименіать,іьіе ццклоіроішие массы для (ІІІ П1-ТПьМНе^СЫ),) (черные точки для М “ТІ, оелііе- для М-К) Сплошные и /цнктпрные линии показываю! возможный ‘ вид дисперсии эффективной массы.

40

80

У(СНг)

120

ІЇСЛИ бы ЦР в оріашічсских проводниках яіиіялся одночастичпым эффектом, то следовало ожидать резонанса с частотно- независимой циклотронной массой, находящейся в диапазоне тС“(1,4-2,0)|Пц, то есть соответствующей эффективно)” массе, полученной 111 наиболее СИЛЬНО!! серии

2

осцилляции ШдГ п »-(1НЛ)Т ‘П'П2К] !Е(ЯС^)4 и г/-(ПШТ' П>;Ь 11! 1р(8С'?'0, |1|.

Предполагаемся, чго дисперсия оффсктипнои массы является рсчхльтагоч фс.рчн

жидкостных :л{л]>ск Iон. ' .

Для обьягнсмня дисперсии эффектшшбй мяссм п рабше рпсем.прниается

обпим формула для динамической проводимости •

, с'п >["’ - (”,. -1 МЧсО]^ М"(с)) ,,

п(.-.И) - ■ . 1 --- - '-------- , (1)

П1, [.■> - -1( (- М (|")] т М (н)‘

М'--Ке{М(('1)}; М"=|111{М((о))

где Шм)- М'(м)+М"|п)- речаксашюипое ядро, оппсыпаюшсс п.'аимпленспнп г. сисIемс, ч^сП/т,|С- рсюнансная частота для псио змчненнон чффеыимпоп массы [-!]. Линсари 'оранным аналог эти формулы пред с пппаег сооон. км; паи.ч’.асч'Ю, о?-чиненную модель Др\.-П'- Лоренца:

Г • Кс-.и,Л1> - -- М !’’ '----- — - , ’ (Л

П1

< (о

(< I - с/ ) + М'Ч<’>’

Д.шныс этой рдбогм длин основание предполагай., что кпЛщпш,! I чи п- и. Яру. к:- Лорейна (формула 2) е часгошои и температурной кччн !!'!<.■ и." ' р ■•в-ни

ре таксации и с частотно сшисичоп ,'ффскт пшюн массой шит'га.ю онпсчг ■ > : матншоноыопа пне чш.роаолнопого илученпя солей Н1_1 И - Г ! Г. 1<о аа• I цо-.|т, 11Р с лт П' |'1 иеи м||ф. к|ш-поп маса 1 н еретических нл.и пч ар ни м па.гкч, и

рапсе по нагнанная рабта чиляена иермч!. 1де I .....

ига I пера и'ине >нч > > ьа.,ч Гс) '

I! С.II Д\!’>пий 4.1.Т11 Р'ЧС 'ИМреНЫ у.!КИе' ЛИНЧИ О I поен I ■ II.НО 11 .'О' 1 I.',! ери ачплту 1Ы, коюрыс аадпы па ф'-не широких особенное!'.’;! Ц1'. 1 п.и. м !И1ерз1Уре, подобны'’. \ 1кие липни в мпк'роволнором м.-л ни гоц. чдонк • чч: ор|аничсскич металлом мои 1 повип-ать и ciiii.il! е I и гчи р"’.он,::”. !:'.'■"( аплепиачн гак ’ОПР п ДФМР. ,

Частоты и ре:ом 1пеп;.1С магнитные пола д;:\ ге опаненвл ннаш ('Гчгш'ченных как поты и X. ьа !<.-(ВП)Т-'1Т!7]_’М1 • ("I к . I!:

иок.паны на дн.нрамме (рнс.З) Кроме мод, частом которых р'ег.ч с м ни 1 ш1 д ЦП |ем (.IIIпи11 Л п Ч), ап ..на мол 1, ’'летом иперой умешан пат пг-а ' е ■ ид.-нмо I! (лннчч 1 ). Сюиг з-чеппь, чю цолаа-епип липа 1 1..Д и N не и "■ о о л.а1, а пределах ошибки экс 'арамен I ', при аамене компонента М е. К па I!. (1. с \ I ■ .и е

О

ты 14 иі.мепепип muopnr о бліноспі с і рук і уры машиыого состояния п згих ..осдпнснпяч .

120 -

Рис.З С і рук і у р.і мод млппчых рс юнаг.сов в и-(iU.l)l-ITr):MHi!(SCN)4 (черные точки для М=-Т|,

0)

Е ое,іьіе- .".ля М-К).

(D

02с

magnetic fiold (Tesla) _

t' і рук і у p.i резонансных мол, покаїанная на рис. і, моасг Гімн, раесмоіренл ■ і рамка* модели АФМР для аніиферромдіпсі икон с локализованными момепіамп |5|. Качееївснно, данные рисунка і сооі пси і пумі случаю АФМР с маїпнпіим полем, направленным параллельно леїкоіі оеіі пиухтирешеїичиоіо аіііифсрромагненіка с лсікоі. осью анп іо'іроїшн и и тмм шперпремцип, характеристическая часті.) v-100 П її, к коїорои 'зксір.шолпруюіся моди L. н L'

» нулевом ноле, ііродставляеі собой часюту А<РМІ’. Приложение внешнею машіїтоіо ноля вызывает расщепление основной моды АФМР на две всгви ы1 и и., в зависимости or направления прецессии вектора намагниченности Частота ot увеличивается с машитным полем, тогда как частота ш.- уменьшается. Таким образом, в экспериментальных данных линии L и L’, по-видимому, соответствуют антиферромагнитным модам ш_ и ш*. При приложении более ' % ' высокого магнитного поля в двухподрешеточном антиферромагнетике с легкой осыо анизотропии происходит фазовый переход I рода, сопровождающийся “опрокидыванием” подрешеток (спин-флоп) [5J, в точке которою частота, моды ILL стремится к нулю. Из рис.З можно предположи гь, что спин-флоп соотвеїсгвуеі полю BL-. При полях выше спин-флоп.і до.ьміа наблюлап.ея euu_

одна мода частота которой повышается с магнитным полем и стремится к пулю и точке спин-флопа. Из рис.З заключаем, что н наших экспериментах моде ,'0|, может соответствовать линия N. •

Таким образом, анализ экспериментальных данных позволяет

предположить, что узкие особенности в спектре магнитопоглощенпя являются результатом АФМР. Следует, однаьіо, учитывать зонную природу

атнферромапшпіоіо состояния, что затрудняет интерпретацию лишпі,

обошаченнш Л и X. '

Далее проведено рассмотрение структуры линии магнитного реюнанса (липня S на рис. 1), положение которой соответствует положению, ожидаемому для ЭГ1Р. Показано, что магннтопоглошение имеет сложную структуру и является суперпозицией широкого максимума и узкого “провала”’. Положение ною “провала” соотвегстиуеі н пределу экспериментальной ошибки (>=2 Аналогичная сірукора мм иитопоглощения в окрестности $—2 была обнаружена и более поздних рабо і ах в целом ряде органических проводников на основе ВШТ-ПТ.

ІІ части 3 2- главы представлены результаты по ЦР в митлимеїровом дії,інакше в оркіппческом металле(ВІ:ГК)-ТІ р)Ііс04(Ії20), котрий не оімлд.іеі млі н и і п он сірукіурои. ііішлу достаточно большою раїмер.і оораша п высотою ашрошнлепнч при іслпевих температурах был проведен эксперимент в іеомегрпн па пропускание ІІ диапазоне частот у>йО ГГц наблюдался максимум поглощении,причем экспернмсшальные кривые мапппопоглощеппя моїут быть хорошо аппроксимированы. Таким образом, оказалось возможным исследовать дисперсию не только эффективной массы, но и времени релаксации. .

Из часттной 'зависимости параметров Нгм и ДІ! с номошыо обобщенной модели Друде- Лоренца (формула'2) были рассчитаны пт(\') и М"(у) (рис.4). Вследствие нелинейной зависимости Нгсь(у) эффективная масса оказывается зависящей от частоты, причем т(у) увеличивается с частотой, а не убывает, как в случае (ВЕВТ-ТТР^МЩ^СЫ)*. Отметим, что наблюдаемые значения эффективной массы лежат в пределах (0.8-0.95)шо, то есть оказываются весьма близкими к величине, полученной из квантовых осцилляций Шубникова-де Гааза (пі=0.9то |1]). Что касается времени релаксации, то оценка этого параметра дает значение у~2,9ТО пс, в то время, как из температуры Дингла

следует значение т-0,9-х Ю‘|2с [1]. Столь большое расхождение (более чем и 30 раз) указывает на сущсствопанне сильных эффектов перенормировки не только

24 Гт(М(у», ГГц ііі(ч0/т111

' Рнс.4 Эффективная масса (I) и мнимая часть релаксационного ядра (2) как функция частоты излучения для (ВЕВ0-ТТР),Ке0,(Н20).

08

07

06

4-і О

05

80 90 100 110 120

V, ГГц

эффективной массы, но и времени релаксации, обусловленных ферми

жидкостным взаимодействием в диапазоне у<80 ГГц.

* — .

1ляпз_4 посвящена исследованию -магшпопотлощения мнкроі.о июноіо изучения в системах с тяжелыми фермиинами. Для измерений были выбраны образцы гекеаборидов редкоземельных элементов К В,.. Соединения лога .ряда проявляют свойства, харакісріше для различных классов концентрированных кондо-систем и заменой элемента К можно варьировать тины основного состояния, что делает их удобными модельными обг-ек ыми.

В части 4.1 исследуется электронный парамагнитный резонанс на неупорядоченных ионах Бт в гексаборидс самария. 5піІ!6., который можеі служить классическим примером системы с переменной валентностью. Осноппое состояние втВб при .низких температурах характеризуется наличием корреляционной щели Д-40-100К на уровне Ферми.

Измерения магнитопогдотцения монокристалла 5тВ(„ выполненные в настоящей работе были проведены в диапазоне часто; Э0-120 ГГп. Пропускание.

образца и геометрии Фарадея измерялось при двух фиксированных температурах Т“4,2К її Т-1,8К. .

Типичная поленая зависимость сигнала пропускания при фиксированной частото для Т=4,Ж показана па рисунке 5. Наиболее заметная особенность поглощения расіцепляеіся на две линии и расположенные ц окрестности і>'2. Ишерссно, что при некоторых частотах наблюдалась менее интенсивна:] и более широкая линия X, которая демонстрирует необычное поведение: она видна только н циклах измерений, в которых магнитное поле увеличивалось, и никогда не наблюдалась при выводе магнитного поля (на рис.5 участок а-Ь соответствует вводу, а участок с-сі- выводу магнитного поля). Отметим, что линия X наблюдалась только при температуре Т=4,2К. __

Srnfi .7=4 2 К ,= |0і СНг

- * I , ■ / /

U

Рис.5 Спектр пропускания сбралца SmB6 па частоте 1 OS ГГц (участок а-Ь- ввод маппппото поля, c-d- вывод маши: нот о ПОЛЯ.)

10 2 0 3 0 -10 о

н, кое

Поглошеїше » окрестности ' .дублета н .Ч2 имеет сложный

характер. Во-первых, амплитуда линии увеличивается при понижении температуры с 4,2К до 1,8К. Во-вторых, наблюдается сильная немонотонная частотная зависимость амплитуды. При этом как положения, так и ширины линий" не обнаруживают заметной чувствительности к температуре.

По частотной зависимости положений резонансов были получены значения в фактора для мод Б| и Э2: §| = 1,У07±0,003 и й2= 1,890±0,003.

. Как известно из литературных данных, редукция магнитною момента Ят не позволяет наблюдать ЭПР и для чистого образна 5тВ(, существует едипстпенная возможность, связанная с наличием собственных дефектов. В ’ соответствии с работой [6| основным типом ЭПР- активных дефектов в БшВц являются неупорядоченные ионы Бт, которые с целью зарядовой компенсации могут /захватить электроны в 4Г состояние (с изменением валентного состояния) нли/и на внешние донорные орбиты..

Согласно работе [6], состояниями с §-фактором, близким к 2 могут быть 8т1+(4) и 5пт| + (4) с я также состояние 8т3+(2), где I,в 1 в предположении о ферромагнитном спаривании 4Г и донормых электронов. В скобках после индекса валентности Чтонов .5т указано число электронов, захваченных на внешние орбиты. Кроме указанных состояний класчср В6 также может дать сигнал ЭПР с g»2 [б].

Итак, на качественном уровне, модель, постулирующая наличие неупорядоченных ионов 5пт и/или неупорядоченных кластеров В$ в чистой матрице 8тВ(, |6|, может объяснить возникновение ЭПР с £—2, обнаруженное в настоящей работе. При этом дублетная структура ЭПР-линпп, по-видимому, обусловлена наличием нескольких типов дефектов с различной электронной копфшурацпей.

Сильную температурную и частотную зависимость интенсивности линии можно обьяснигь близостью энергетических состоянии донорных "лсктронов к дну зоны проводимости. Тогда интенсивность линии будет определяться двумя процессами: фотонным возбуждением донорных электронов в зону

проводимости и изменением населенности уровнен с понижением температуры.

Из амплитуды линий поглощения была сделана опенка концентрации ЭПР 1 активных центров, для которой получилось значение см '. Такая _

оценка кажется вполне разумной и может служить дополнительным ар|\метом и-пользу предложенной интерпретации.

В части 4.2 измерялось поглощение микроволнового излучения концентрированной кондо-решетке СеВб В СИЛЬНЫХ М'ТНТПНЫХ полях.

Гсксаборид церия обладает . необычным ост-ашлм состоянием, ,резко изменяющимся в интервале температур 1.8-4.2 К. Мж'-нпмя фазовая штат гамм:! СсВб ’ характеризуется существованием анттМ\ -омагш.тною (ЛФМ) упорядочения при Т>2,.1 К, сменяющегося на ангч -мптаарунальчо? (ДФК)

при 2,3<’Г<3,2 К, причем в случае АФК фазы можно выделить целый ряд переходов, отвечающих тонким особенностям в характере машпшого упорядочения [7] (рис.6). Таким образом, для СеВб при гелиевых температурах

’ Рис.6 Магнитная фазовая

диаграмма для СеВ6. (II-' парамагнитная фаза, АФК-антиферрокнадрутюдьная, АФМ-антиферромагнитная). Штриховые линии соответствуют температурам при которых производились ...измерения.

можно легко варьирован; іигі основного сосюянпл, и, слеловаїе.н.но, пошнмгься свяіаи. особенности поглощения микроволнового излучения с характерными іочками на фазової! В-Т диаграмме, а также исследовать влияние характера м.ппіпноіо упорядочения на возможные магнитные резонансы. -

'■'кин-римеигы были выполнены при Т=4.2 К-и Т-1.8 К н диапазоне частот V "30-120 ГГ» в магнитном поле В<7 Т. '

Диаграмма особенностей магнитопоглощения при различных частотах микроволнового излучения при Т=4.2К показана на рис.7. В поглощении присутствуют два максимума смещающиеся вверх по шкале магнитных полей с увеличением частоты (линии и 82), а также особенность (линия О) положение которой. по -магнитному полю не зависит от частоты. Легко видеть, что характерное поле В*!.8 Т практически совпадает с полем перехода их АФМ-фазы и парамагнитную фазу при Т-4.2 К (рис.6,7). •

Предположение о корреляции между особенностями магнитопоглощения микрополнового излучения и переходами на фазовой В-Т диаграмме находит снос убедительное подтверждение при анализе кривых поглощения микроволновой мощности при Т=1.8 К. Из данных рис.Х следует, что п

:

. 2 0 ч севв

са • .

"с • ^

1 5 ■л ъ О 1 /

- в’ ' °\* й '£ АФК .1 . -А ' °0

1 0

А

А Ф N1 и' ; ц а

0 Ь : І / п

о а 2 3 4 £

поглощении присутствует не только основной переход АФМ-фам->АФК- фаза (линия С);, В=2,1Т), но и переходы внутри АФМ-фази. положение которих и пределах ошибки соответствует литературным данным (ср. диаграмму рис.6 н положение лшшн Q2 и В|-Вз на рпс.8)

СеВ„

• - О

* 1 в

1

- * Э

Рис.7 Положение особенностей «*• машктопоглощения СеВр при

£ температуре 4,2 К.

Отмстим, что при Т=1.8К дублет Б), Б’ также сохраняется, причем относительная интенсивность линии 5[ н Ь2 меняется при изменении частоты и температуры. Типичные значения ширины-линии Б| л 32 составляют 0.3-0.4 Т при гелиевой температуре, тогда как понижение температуры до ГБК сопровождается заметным относительным уменьшением амплитуды и иптрин'1 особенности 52-

Поскольку ЛИНИЯ проходит через точку \’=0, В=0, ее МОЖНО

использовать для оценки эффективного g-фaктopa. Величина §-фактора для СеЩ существенно зависит от температуры и составляет е(4.2К)=2.06+0.03 и й(1.8К)=1.дЗ±0.03. Следует подчеркнуть, что как в парамагнитной, так и в АФК фазе СеВь сохраняется одинаковая структура ЭПР сигнала, причем зависимость \(В) для линий Б) и $2 является линейной, более то(о, наклоны линии Н совпадают (рис.7 и 8). Кроме того, линии и 8> в пределах точносш ЭКСНерИМСШа Не ИМеЮТ особенностей В ОКрССТНОСТН МаГННТНЫХ ф.ТИ'БЫХ переходоз. Отсюда, по-видимому, можно заключить, чго у СеВ^ величина с-

Рис.8 Положение особенностей МЛГ1ШТОПОГЛОЩеШ1Я СеВ(, при температуре 1,8 К.

", а, а

2 1 12

факлорл определяется кондовской экранировкой магнитных моментов, а не тем пли иным типом магнитною упорядочения.

III ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Основные реллвл.иы настоящей рабой.! могут быть сформулированы

' ;1СЛ) ..Л КИП Оир.| К!М. '

I. Ра флбогапл широкодпаиллонная перс зопаюрпая ментика, молюаиошая иселслог.лгь поглощение микроволновой мощности для диапазона члени .0-11!) ГГц, п мпппттм поле ;ю 70 кЭ при гемнер.иурах 1,8-4,2 К и мейл тлеекич образцах, в к>м числе имеющих малые по сравнению с ллштп волны излучения р.пмеры. Мелодика основана на прямой ретсфанпи и кчеигнпл 1 о* -ера I >ры образца или птерш ельной ячейки вследствие релонансПого машигоноглошения микроволновой мощности и применена для случая щкниднумерных- органических металлов и систем с тяжелыми фермионами. . .

_ 2. Для квазидвумерных органических металлов семейства а-(ВЕГ)Т-ТТРьМ! 1£(8СМ)4 (М-К,Т1) определена структура резонансного

ыагнитопоглощення микроволновой мощности Р(В), представляющая суперпозицию широких максимумов с шириной ДВ/В<1, отвечающих

/'?

циклотронному резонансу двумерных носителей, и узких (ДВ/В<0,1) резонансов меньшей амплитуды, обусловленных магнитными резонансами.

3. В органическом проводнике а-(ВЕОТ-ТТР)2КНЁ(5СЫ)4. и его изоструктурном аналоге ос-(ВЕОТ-'ПТ)2Т1^(5СМ)4 зарегистрированы моды циклотронного резонанса с эффективными массами т~0,45то, т=1,32т0, т=2,23то, причем мода с т~0,45то обладает дисперсией: эффективная масса, расчитаниая по величине резонансного поля, уменьшается на 20% при. увеличении частоты излучения в интервале 50-100ГГц.

Показано, что в этих соединениях, обладающих при Т<10К магнитной структурой, наблюдаемые магнитные, резонансы обусловлены модами антиферромагнитного резонанса и электронного парамагнитного резонанса на электронах проводимости. -

4. Для органического металла (ВЕОО-'ГП^КеО^НгО) выполнен анализ формы линии циклотронного резонанса. Обнаружено, что в отличие от. а-(ВЕПТ-ТТЕ^МНё^СМ^ (М=К,Т1) эффективная масса увеличивается с частотой излучения от т=£0,5шо (\’=80 ГГц) до т«0,95т0 (у=120 ГГц). Исходя, из ширины линии циклотронного резонанса определено . время релаксации т(\’=1001Тц)~2,9х10'пс, которое более, чем в 30 раз превышает значение этого параметра в низкочастотном пределе т(у-»0). Показано, что аномальное поведение положения и ширины линии циклотронного резонанса .обусловлено, по- видимому, сильными ферми- жидкостными эффектами.

5. На примере концентрированной кондо- системы СеВг, показано, чю структура резонансного, магнитопоглощения формируется как суперпозиция частотно независимых линий, связанных с магнитной переходами на фазовой диаграмме, и ЭПР с е- фактором, изменяющимся ог 2,0610,03 при Т=4,2К до

1,№.0,03 при Т=1,8К. Вероятной причиной сильной перенормировки у-,фактора может служить конловская редукция магнитного момента 4/- электронов.

6. В нелегпроваппом кондо- изоляторе 8тВ6 обнаружено ЭГ1Е-поглошснис п окрестности е~2, имеющее дублетную структуру с е- факторами £1 = 1.90710,003 и £2“ 1,890x0,003. Найдено, что уменьшение температуры от Т"4,2К до T-I.SK индуцирует резкое уменьшение амплитуды компоненты с У1:=1.907. Предложена модель, связывающая данные особенности с ЭПР на собс!венных дефектах кр! 1сталличсской структуры гск^а'юрида.самария.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Демншев С.В., Случанко Н.Е., Семено А.В., Самарин Н.А., Синглстон Дж., Бланделл С., Курмоо М., Дей П. “Магнитные резонансы в квазидвумерном органическом проводнике (BEDT-TTF)2KHg(SCN,)4-’7- Письма в ЖЭТФ, 1995, т.61, вып.4, стр.299-303.

2. Demishev S.V., Sluchanko N.E., Semeno A.V., Samarin N.A., Voskoboinikov I B., Singleton J., Blundell S., Hayes W., Kurmoo М., Day P. “Magnetic and cyclotron resonances in two- dimensional organic metal a-(BEDT-TTF)2KHg(SCN)4”/-преирннт ИОФ AH, Москва, 1995, н.9.

3. Demishev S.V., Sluchanko N.E., Semeno A.V., Samarin N.A. “Magnetic resonances

in quasi two- dimensional organic conductor (BEDT-TTF)2kHg(SCN).j”/-2nd Int. Workshop of Low Energy Electrodynamics in Solids, 1995, p98. •

4. Демншев С.13., Семено A.B., Случанко Н.Е., Самарин Н.А., Воскобошшкои

11.Б., . Глу шков В.13., Ковалев А.Е., Куш Н.Д. “Магнитопоглощение микроволнового тлучения свободными носителями заряда в квазидвумерном органическом металле”/- Письма и ЖЭТФ, 1995, т.62, шлп.З, стр.215-219.

5. Demishev S.V., Semeno A.V., Sluchanko N.E., Samarin N.A., Voskoboinikov 1.1!., Gluslikov V.V., Singleton J., Blundell S., Hill S., Hayes W., Kartsovnik M.V., Kovalev A.E., Kurmoo М., Day P., Kuslich N.D. “Resonant mr.jMH'tor.bsorption оГ miliimeter-\va\e iadinlic.ii in quasi- two- dimcnsioii.il organic metal:; а (В(:1)Т-ТП')2МI(;4SCN)! (M = K, Tl)7- I'hv.. Rev. II ,19%. v.53, 11.19, pp. 12794-1 2X03.

6 Demishev S V., Semeno A.V., Sluch niko N.E., S.im.nin N.A. “Cyelotinn and magnetic resonances in uiganic inctnls'’/-!mcrnatioiial Conference on Science and Technology of Synthetic Metals, 1996, p.458.

7. Demishev S.V., Semeno A.V.< Sluchanko N.E.„ Samarin N.A., Singleton J., Ardavan A., Blundell S.J., Hayes W., Kunii S. “Magneto- optical microwave spectroscopy of the coherent magnetic state in the mixed valence compound SmB6 in the freaquency range 40- 120 GHz”/- Pis’ma v ZhETF, vol.64, iss.10, pp.707-712.

8. Демншев C.B., Семено A.B., Случанко H.E., Самарии НА., Воскобошшкои

И.Б., Карношип; М.В., Ковалеп А.Е., Кущ Н.Д. “Циклотронный резонанс в органическом проводнике (BEDO-TTFbReOsH^O) в миллиметровом диапазоне длин волн”/- ЖЭТФ, 1997, т.111, вып.3, стр.681-689. ' '

ЛИТЕРАТУРА

1. Wosnitza J. /- Springer Tracts of Modem Physics, 1996, v. 134.

2. Singleton.J., Pratt F.L., Doporto М., Janssen T.J.B.M, Kurmoo М., Percnboom J.A.A.J., Hayes W., Day P. /- Pliys. Rev. Lett., 1992, v.68, pp.2500-2503.

3. Singleton J., Pratt F.L., Doporto М., Caulfield J.M., Hill S.O., Janssen T.J.B.M,

Deckers 1., Pitsi G., Herlach W., Hayes W., Perenboon) J.A.A.J., Kurmoo М., Day P./- Physica B.,. 1993, v.184, pp.'470-480.' •

4. “Сильные и сперхсильныс магнитные поля и их применение” под ред. -

Ф.Херлаха/- Москва, Мир, 1988. ‘

5. Гуревич А.Г., Мелков Г.А. “Магнитные колебания и волны”/- Москпл, Наука,

1994. . '

6. Uemura Т., Cliiba Y., Hagiwara М., Date М./- J.Pliys.Soc.Jpn., 1986, v.55,pp.3737-

3740. ' -

7. ElTantin J.M., Rossat-Mignod J., Burlet P., Bartholin H., Kunii S., Kasuya T./-J.Magn.Magn.Materials, 19S5, V.47-4S,pp. 145-148.