Взаимодействие центра MnGa в ... с электромагнитным и акустическим изучением тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РГ6 од

1 о МАП 1393

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ А.И. ГЕРЦЕНА

На правах рукописи

МАКСИМОВА Ольга Геннадьевна

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЦЕНТРА М^Сгл 3 С ЭЛЕКТРОМАГНИТШ1 И АКУСТИЧЕСКИМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

01.04.07. - физика твердого тала

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соисканна ученой степени кандидата физико - математических наук

Санкт - Петербург 1993

Работа выполнена в Российском государственном педагогическом университете им. А.И. Герцена

Научный руководитель - доктор $иэико ~ математических наук,

профессор Е,Д. Трифонов Научный консультант - доктор физике ~ математических наук,

профессор Е.Б. Окшов Официальные оппоненты ~ доктор физнко - математических науд,

профессор Б.П. Конозон кандидат физике - математических наук, доцент В.М» Уздая Ведущая организация - Санкт Петарбургцкяй государственный университет

Защита состоится " 3 » ¿/¿О/^Л, 1993 года в часов на заседании спедааяизирозакного совета

К 113.05.03 по прзсувдешго учено» стесана кандидата наук в Российском государственном педагогическом университете имени А.И. Герцена по адресу : 191186, С .Петербург, наб. роки Мойкя , 48, корп. 2.

С диссертацией молено ознакомиться в библиотеке Российского государственного педагогического университета имени А.И. Герцена

Автореферат разослав " _1993 года

Ученый секретарь

специализированного совета /)

канд. пед. иаук Н.К» Михеэва

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность тэмы. Исследования примесей с глубокими уровнями в полупроводниках привлекают в последние годы повышенное внимание как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения. Столь широкий интерес к этому классу примесных: полупроводников обусловлен наличием у них целого комплекса фиаичвскях свойств, ценных для применения в технологии и в промышленности..

В последнее время неизученными остались вопросы,.связанные с учетом обменного взаимодействия, возникающего при связывании на примесном центра нескольких частиц. Существенная роль этого взаимодействия в акцепторном центра марганца ) в &рсэвдда

галлия (Qcx А 5 ) обусловила создание обменной модели этого центра, развитие которой, а также ее применение к объяснению новых экспериментальных данных осущест&гшетоя в данной диссертации.

Наряду с обменной моделью существовала другая, альтернативная модель " 3d^ и, которая позволяла интерпретировать результаты экспериментов по измерению температурной зависимости шг--ниткой восприимчивости /Якуоеня и др. /. Для подтверждения справедливости той или иной модели назрела необходимость выйти аа узкие рамки одного эксперимента, т.е. объяснить целую серию фи-ческнх эффектов / например, поглощение ультразвука, э<$фект Фара-дея я др. /.С точки зрения доказательства верного направления развитая обменной модели , а также для оценки других параметров центра МПсгь представляет актуальный интерес теоретическое описание спектров 3IIP, так как в рамках модели " не уда-

лось предсказать появления его сигналов, обнаруженных в работах Шнайдера и др. Представляется перспективным использование обменной модели и для дальнейшего изучения других примесей о глубокими уровнями.

Настоящая работа проводилась в РШУ км. А.И. Герцена в соответствии о планом по теш: " Квантовая теория излучения "/ Гос. per. £ 0182.7030132 / в сотрудничестве с МИ им. А.Ф.Ио^фа по теме: " Исследование шюгоэлакгроншх явлений и электронно - приме сних взаимодействий в полупроводниках " / Гос.per. ii 81040551 fm

Цель работы заключается в следующем: 1. Применение обменной модели нейтрального акцептора МАц^ в О-в для объяснения связанных с МпСта спектров Э1ТР,дополна-тельного поворота плоскости поляризации света в постоянном магнитном поле ( э рЪехт Фарадея^, спектров примесного поглощения и зависимости поглощения ультразвука от температуры и частоты»

2. Сопоставление результатов расчета с данными экспериментов, выполненных ранее»

3. Выяснение условий применимости обменной модели для объяснения других физических явлений, уточнение ее napai.eeтров и выявление возможных дополнительннх эффектов, связанных с введением центров Н/Цу в реальные кристаллы СгвАЬ . Новизна работы заключалась в следующем: 1. Объяснение различных экспериментальных результатов,обусловленных парамагнитными централ®, в соединениях типа в рамках одной модели, в отличие от разрозненных противоречивых моделей центров,существовавших ранее.

2. Впервые удалось показать, что существенное влияние на характер такта физических эффектов, как ЭПР,поглощение ультразвука, оказывают случайные поля в кристалле. Также удалось определить распределение случайных полей по белячинам создаваемых ими расщеплений. Бита показано,что расщепление основного состояния М!\а> вызываемое такими нолями в наиболее совершенных из исследованных кристаллоз,сравнителъно невелико к составляет десятки мкэЗ. Проведена оценка константы обменного взаимодействия центров со свободными дырками.

Практическая и научная ценность работы заключается в тощ что результаты исследований кинетических и оптических явлений, связанных с центром в С-в , полученные в диссертации,

способствуют дальнайиему развитию теории глубоких уровней.Кроме того, объяснения экспериментальных данных можно применить для предсказания поведения рада свойств примесных полупроводников в магнитных полях, а такхо в полз ультразвуковой волны.

Основные положения, выносимые на зашге.

1. Модель обменного взаимодействия дырки , связанной на акцепторе с пятью электронами незаполненной внутренней с! - оболочки, в отлкчие от других моделей, существовавших ранее, объяс-

няет обнаружение сигнала ЭПР с ff- факторами 2,77 и 5,7 в полупроводниках CfíiJ¡5 " HP . Существование этих линий в спектре ЭПР к их форма в значительной мерз определяются наличием в кристаллах случайных хаотических полей.

2. Расщепление основного уровня рассматриваемых акцепторов типа в &£</!£ в случайных, деформационных и электрических полях определяет такка возможность резонансного и: релаксационного поглощения ультразвука, экспериментально наблюдавшегося в CfC, /i Ä : Но . Релаксационное поглощение обусловлено отставанием заселеыностей подуровней от квазиравновесных в пола акустической волны.

3. Обусловленное взаимодействием с центрам изменение энергии зонных дырок приводит к дополнительному вращению илоохооти поляризации световой волны в магнитном поле»

4. Обменная модель позволяет объяснить сдзщ.1 максимума сечения фотоионизации центра МОсгь в при низких температурах в сторону меньших частот по сравнению с моделью Луковского. Обменное взаимодействие определяет пороги переходов дырки с расщепленных подуровней акцептора и влияет на &орму полоси фотоио-кязациио

Апробация работа. Основные результаты диссертации докладывались на международных конференциях по .физике и технологии и других полупроводниковых соединений элементов Ш - V групп / ЧССР - 1988 г., Швейцария - 1989 г. / и обсу удались на научных семинарах лаборатории электронных полупроводников в Физико-техническом институте им.А.5. 11о*фе, на кафедрах теоретической физики и астроноши ЧГЕИ им. A.B. Луначарского, РШУ км. А.И. Герцена, квантовой .механики С.Петербургского гос. университета.

Публикации, lio материалам диссертации опубликовано пять печатных работ, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем. Диссертация состоит из введения, пяти глав й заключения, изложенных на 110 страницах машинописного текста. Она содержит 14 рисунков и список литературы из 52 наименований. Общий объем диссертационной работы 117 страниц.

- 6 -содашьй РАБОТУ.

Во введении обоснована актуальность теш, сформулированы цэ-ли работы, раскрыты новизна и практическая значимость полученных результатов, изложены основные положения, выносимые на защиту^

В-первой глава приведены основные положения обменной модели, результаты теоретических и экспериментальных исследований, которые послужили базой для ее создания, а также анализ моделей, существовавших ранее.

Атом марганца при замещении им атома галлия в арсениде галлия становится акцептором. Он легко захватывает электрон из падрнт-ной зоны, образуя зонную дырку. 3 запрошенной зонз со-

здается примесный уровень, лежащий на расстоянии л, 0,11 эВ выше вершины валентной зоны. Кроме того, атом марганца имеет незаполненную внутренний 3 ¿/ - оболочку, в которой находится пять электронов, Меулу дыркой и с/ - электронами имеет место кулонов-скоа электростатическое взаимодействие. Кроме того, необходимо необходимо учитывать случайные поля, создаваемые другими дефектами и искажениями рететки вокруг центра. Эти возмущения расщепляют примесный уровень к изменяют волновую функцию дырки. Поэтому возникают эффекты, которые ужа не позволяют раесматри- . вать Мнется как простой мелкий акцептор. Точное описание дефор-?-ации вокруг центра - задача огромной сложности. Поэтому для теоретического описания центра Мо^ необходим ряд предполо- . нений, на основании которых молшо построить приблизительную модель центра МПсгъ в Сг&ДЪ .

3 процессе анализа теоретических и экспериментальных результатов, проведенных ранее, Аверкиевым К.С»,Гуткиным А.А..Осипооым Е.Б. и Решиковым М.А. были ьциаикуты основные предположения обменной модели, которые можно сформулировать следующим образом:

1. 3 нейтральном состоянии центр/Ч/?^ в Сг&АЬ имеет пять 3 с/ - электронов и связывает дырку.

2. В пренебрежении обменным взаимодействием дырка аналогична связанной нз мелком акцептора и поэтому еа волноаке функции прообразуются по неприводимому представлении Г^,

3. Обменное взаимодействие дырки с электронами 3 а - оболочки шкет быть достаточно велико.

4. Энергия ближайшего возбужденного состояния дырки и -электронов отличается от энергии их основного состояния на величину, превышающую кал энергию обменного взаимодействия дырки с (Л - электронами, так и величину расщепления основного состояния в магнитном и случайном полях.

Эксперименты по аффекту Холла / Гуткгн и др. / показали, что значение константы обменного взаимодействия лежит в диапазоне ( 4+ 1} мэВ.

Если рассматривать дырку и электроны внутренней. с/ - оболочки как одну частицу, то ее полный момент может.принимать значения в диапазоне от /5/2 - 3/2/ до I 5/2 + 3/2/ через единицу, т.е. от 1 до 4.

Волновые функции состояний системы " дырка плюс пять

3 - электронов " с ее полным моментом р = 1, 2, 3, 4 и различными проекциями полного момента /я,г , вычислены с помощью коэффициентов Клебша - Гордона и приведены в работах Аверкиева и др. В качестве базисных были использованы функции, преобразующиеся по неприводимому представлению Г8 / Вир, Пикус / { для дырки с полным моментом ^ = 3/2) и функции, соответствующие-полному спину а! - электронов = 5/2.

В? второй главе в рамках модели нейтрального акцептора • МПсщ » учитывающей обменное взаимодействие дырки с пятью электронами 3 ¿/ - оболочки марганца, рассмотрено влияние на спектр ЭПР расщепления основного состояния центра Мл^о < 0 полным моментом Р - 1 ) в случайных электрических или деформационных полях. Вычислены форма, положение и интенсивность линий, соответствующих " разрешенным гг>^ =1 1) и " запрещенным » « 1 2) переходам при произвольных соотношениях расщеплений основного уровня в магнитном поле и хаотических полях. При теоретических расчетах учтено такяе слабое сверхтонкое взаимодействие электронной системы с ядром. а В магнитном поле ТГ основное состояние центра МПсгв расщепляется на три подуровня с разными проекциями 0, 2 1 полного момента На направление поля. Перпандикулярноэ Н переменное поле Н^ о частотой и> вызывает переходы меаду этими подуровнями с правилами отбора /ьгос = / 1, что приводит к появлению одной линии в спектре ЭПР ( с § - фактором ^ 2,77) .

Кромэ нейтрального акцептора в р ■ 'М/У могут сущест-

вовать и акцепторы, захватившие электрон /Л^/^ ) , у которых все связи с соседними атомами А в заполнены. В этом случав магнитный момент электронной системы просто равен полноцу.спину <5 с/ пяти 3 С( - электронов. Поэтому в спектре ЭПР возникает еще одна линия (с £ - фактором £ е = 2), В диссертации показано, что сверхтонкое взаимодействие со спином ядра Нп Л = 5/2 приводит к расщеплению кавдой из указанных линий на шесть компонент» Случайные поля и деформации в кристалле меняют эту картину. В силу значительного обменного взаимодействия, поля,, действующие . на дотку, перестраивают все состояние нейтрального центра .

Поскольку предполагается, что обменное расцепление уровней акцап» тора М^сгц значительно превшает расщепления, обусловленные магнитным и случайными полями, можно рассматривать их воздействие только на основное состояние /- = 1 (ю? = 0, зМ} • При этом гамильтониан центра сведется к оператору

3 *(Р И) + 4 - 2.X ) (*)

л ^

где X - единичная матрица 3x3, ^ ~ £ ~ фактор системы "/Чц.1грк,й шшс пять 3 - электронов "(определяется формулой ЯандоЗ,

оператор проекции полного момента центра на ось

случайного поля, а с/^ представляет собой расщепление случайным полем при Н = 0 основного состояния Мп^ »

Полученные величины анергии подуровней,, образовавшихся в результате возыущеяия С 1) , зависят от величины отношения У = ^о & Н / »а тахжо от угла 0 кенду. направлением вектора Ни направлением случайного поля. Результаты вычислений показывают, что при малых полях Н расщепление определяется случайным полем, и лишь при болышгх значениях параметра у > > 1 формируются три полосы анергий, " приблизительно и соответствующих трем значениям проекции полного момента на направление магнитного поля. Таким образом, вместо фиксированного острого резонанса в отсутствие случайных полой, при их наличии возникает полоса переходов, шжрпна которой определяется соотношением наяду «"о/*И в {/^ (у>> 1) . При у< 1 полосы настолько сливаться, что резонанс становится вообще неразличимым.

Кроме того, вычисления, проведенные в диссертации, показа-

ли, что из - за смешивания состояний в случайном поле вероятности переходов не равны нулю для любой пары из трех расщепившихся подуровней основного состояния центра МПбг« * Значит, при.заданной частоте радиочастотного поля и произвольных ориентациях случайных полей образуются три полосы переходов: Две, соответствующие разрешенным переходам (в пределе О с выполнением правила

&те

= 11)

и третья,

запрещенная, которая соответствует переходам медлу уровнями, имеющими д тр -

Рис.1. Сопоставление рассчитанных спектров ЭПР о экспериментальными. . 1, 2,. 4,5- расчет,

3 - эксперимент / Шнайдер и др./ при =0.

Я 0,02, = 2,77, ¿>е= 2- • Анализ возможных пе-£ таг . мк&В : 1, 2 - 18, реходов в условиях действия

4 - 72 , 5 - 160. постоянного магнитного поля

и случайных полей, имеющих произвольно ориентированную ось действия по отношению к различным примесным центрам, показал, что ширина линии разрешенных переходов определяется величиной расщепления в случайном поле (при условии, что превосходит величину сверхтонкого расщепления J , а ширина линии запрещенных переходов (которые становятся возможными в силу перемешивания состояний случайным пол^ пропорциональна сГ/ . Важным выводом является тот, что пики полос разрешенных переходов расположены симметрично относительно Нр= = Д- 2 ^тх)) . в то время как пики полос запрещенных переходов смещены относительно

на величину д%в . Последнее может являться причиной того, что наблюдаемый эффективный £ - фактор этой полосы превышает

значение 2^/ Шнайдер и др. /. В приведенных выше формулах были введены следующие обозначения: об - константа сверхтонкого взаимодействия,^ - магнетон Бора, /яу = £ 1/2, ± 3/2,^' 5/2 и определяет проекцию спина ядра на направление вектора.Н.

Спектры ЭПР М^сга в , рассчитанные в диссертации, приведены на рис» 1. При этом предполагалось, что величины расщеплений в случайных полях равномерно распределены от 0 до Такое распределение,по крайней мере для некоторых из кристаллов р - : Иг> , подтверждается исследованиями поглощения

ультразвука / Лассман и др. /. Величина сверхтонкого расщепления в Зг/- оболочке взята из работы Шнайдера и др. Исходное уширение линий сверхтонкой структуры подбиралось таким оЬразом, чтобы для переходов в центре МП(~а ( т«е« в 3 с! - оболочке) , на которые не действуют случайные поля, полз^пгть осцилляции зависимости дК/дН-<£(Н), близкие к экспериментальным. Как видно из рис. 1, экспериментальные результаты / Шнайдер и др. / хорошо описываются расчетом при та* =18 мкэВ.

Укажем, что существование тех же самых случайных полей или деформаций вызывает расщепление уровней мелкого акцептора на величину (20/3 ) . Отсутствие сигнала ЭПР от, /ЧЛсгв в образцах, исследовавшихся в работах / Карлик и др. / , как следует из рис.1 ( кривые 4 и 5) , можно связать с существованием в них больших растеплений в хаотических полях» В рассматриваемой модели однородного распределения расщеплений это соответствует ^та* > °'2 мзВ( рис.1, кривая 5) .

В,третьей глзд? для нейтрального акцептора МПсга в рамках обменной модели рассчитаны коэффициенты резонансного и релаксационного поглощения ультразвуковой волны.

Резонансное поглощение ультразвука центрами М/)^ обусловлено переходами дырок между расщепившимися в случайных электрических или деформационных полях подуровнями этих центров.Переходы происходят под действием возмущения, вносимого в систему акустической волной. Благодаря большой величине обменного рас-ления уровней М^сщ > характеризуемой константой А, при низких температурах заселенными оказываются только расщепившиеся ( в случайном поло] подуровни основного состояния £ « 1» Резонансные переходы, в силу малости частоты ультразвука ¡АО,

могут происходить лишь между этими подуровнями.

Кроме резонансного, возможно также и релаксационное поглощение ультразвука, связанное с нераанозесностьа ( отставанием от равновесного ) заполнения расщепленных подуровней центра Ип^а (Р = 1 ) , изменяющих свое положение ^"дышащих"} в поле звуковой волны. В диссертации показано, что как очень быстрая, так и крайне медленная релаксация , характеризуемая временем Ш , не приводит к поглощению анергии звука. При релаксационном механизме оптимальное • поглощение имеет место при 5? X = 1, где О- - частота ультразвуковой волны.

Величина '¿Г определяется механизмами релаксации. В диссертации приведены выражения для величины времени релаксации для однэкономных процессов, а также для двухфононвых рамановских и орбаховских процессов. При этом показано, что доминирующим механизмом релаксации заселенности расщепившихся подуровней основного состояния МОсгц при прохождении ультразвуковой волны являются двухфононные процессы Раиана.

При сопоставлении теоретических расчетов с экспериментом / Лассман и др. / был сделан вывод, что при низких температурах (Т^З к) определяющим является резонансное поглощение. Пик в в температурной зависимости коэффициента поглощения (рис. 2 )

ío Ло Г, К

Рис. 2. Температурная зависимость коэффициента поглощения продольной ультразвуковой волны, распространяющейся вдоль оси С 1111» при различных частотах. Точки - эксперимент / Лассман и др. /, кривые -расчет.

Частота ультразвука, МГц : 1 - 390, 2 - 500 , 3 - 650, 4 - 800.

можно объяснить, как и в работах Лассмана , релаксационным механизмом поглощения.

Экспериментально найденная температурная зависимость резонансного поглощения ультразвука хорошо описывается в предположении с равномерном распределении случайных расщеплений.от 0 до

мкэВ. Во второй главе показано, что к такому же выводу привели и исследования спектров ЭПР в £гдА?> : МП , что свидетельствует о согласованности результатов, полученных.в обменной модели центра НПс,га •

В четвертой глава приведены расчеты частотных и полевых зависимостей угла поворота плоскости поляризации света в магнитном поле в р - : Нп . Эксперимент Деннэль и др^ показал, что введение /V/? приводит к дополнительному увеличению угла вращения^ эта добавка растет при приближении частоты света к частоте межзонного перехода, что свидетельствует о межзонном механизме вращения, а не о механизме " примесь - зона ".В этой области частот дополнительный вклад в угол поворота $ возникает вследствие влияния центров на спектр и волновые функции зонных носителей.

Малость расщепления случайными полями основного состояния центра о обменным взаимодействием дырки и ¿/ - электронов, показанная в предыдущих главах, обуславливает возможность выстраивания моментов этих центров сильным магнитным полем. Средний момент выстроенных центров изменяет энергию дырок. Поэтому, чтобы учесть влияние центров на спектр и волновые функции дырок в валентной зона ('с симметрией типа Гд ) в магнитном поле, необходимо к гамильтониану дырки добавить гамильтониан обменного взаимодействия, усредненный ао состоянию центров

= Л <*)

гдэ < £е > ~ среднее значение проекции на ось полного момента центров , X - константа обменного взаимодействия центров

с 1Г - зоной.

Влияние нейтральных акцепторов И/7^ на состояния электронов в с - зона описывается гамильтонианом, аналогичным га-»шльтониаяу ( 2) , и сводится к добавлении в выражение для энергии носителей в зоне проводимости ( типа \ в магнитном пода

не*

град 20

а.

1,3

Тз

Ряс. 3. Частотная зависимость постоянной Вердье, связанной с центрами/Ч/?^ в р ~СгаА$> : Нп ( концентрация Л/7 б^Ю^см"3) при температурах Т = 2 а]н I = 300 К (б). Точки - эксперимент / Хеннэль и др. /, сплошные линии -расчет, а - разность мевду величинами, вычисленными для Т = 2 К, Е^ = 1,519 эВ, II = 5 Т при £ = 0 и 2,2 - 10""15эрг. б - разность между величинами, вычисленными при Еа. = 1,43 и 2,4205 эВ для = 0(Т = 300 к;,

величины Гс < т^ , где I с- константа обменного взаимодействия акцептора с электроном в с - зоне. При вычислении $ , связанного с Мп^ , считалось, что I с -0 , поскольку оценки для соединений МплСс!^х , зонная структура которых подобна структуре С}&А% , дают 1 с << I / Галазка /.

В диссертации приведены расчеты отношения угла поворота плоскости поляризации к единице длины светового луче в !.'лгкитяом поле в чистом С'ОАЪ ив (гаА& , содержащем центры МПсгГ Б

О О 64

концентрации 5 • 10 см • Разница этих величин представляет со-

бой дополнительное вращение А д .обусловленное примесью МП (рис,3 ) .

При сопоставления теоретических и экспериментальных данных была оценена константа обменного взаимодействия центра и зонных дырок, которая по порядку величины совпадает с константой обменного взаимодействия ИП^ с ¡Г - зоной в соединениях МЯц£Ы,.хТв / Гай и др„ / , При концентрации центров Л/л> 5 ■ М^см""3. значение константы X лажи? в интервале (1,3 ~ 4,4)' эрг»

Аппроксимаций: экспериментальных результатов показала, что при низких температурах дополнительное зращениа плоскости поляризации света обусловлено только обменным взаимодействием. В главе таете рассмотрены возможные причины дополнительного вращения -йрк более высоких температурах' (^ 300 К) сужение запрещенной . зоны и асмаметричкое по спину рассеяние частиц на заряженном центр®.

Б пятой главд обменная модель была применена для вычисления сечения фотойснизацаи. нейтральных центров МЯсгц при■значениях параметров, использованных при расчете эфоекта Фарадея в предыдущей главе»При расчете использовалось предположение, что исходные функции дырки соответствуют модели потенциала нулевого радиуса / Первль, Яссиевич /.

На рис, 4 изображен ряд экспериментальных спектров сечений фотоионизацки М П и а при температурах 10 и 77 К / Чэпмен , Браук а др. / и приведена кривая, ¡несчитанная по формулам, по-лученшга в диссертации при Т - 77 К. Из рис.4 видно, что теоретические расчеты сечения фотоионизацки нейтральных центров Мл^, выполненные в рамках обменной г/одели, достаточно хорошо согласуются с экспериментальными данными.

В результате проделанных расчетов получено,, что обменное взаимодействие дырки в основном состоянии и 3£/- электронов влияет на величину вероятности фотоионизации только благодаря изменению порога ионизации Е^. Основное отличив полученной частотной: зависимости сечения фотоиокизациа для центра Л?/'^. при низкой температуре от аналогичной зависимости .для центра Гд о тем яе значением порога фотононпзэции состоит в с.шгге максимум сечения в сторону квнъ-лих частот на величину, пропорциональную константе обменного взаимодействия.

В заключении.подводится итог исследованиям, формулируются основные результаты.

Рассмотренные в диссертации явления с участием центра.марганца поняты в рамках модели, учитывающей как обменное взаимодействие

дырки в ИСХОДНОМ Гд состоянии с пятью электронами наполовину заполненной $ - оболочки, так и воздействие внешних.и случайных электрических и деформационных полей. Совпадение теоретических . расчетов и экспериментальных данных дня достаточно гсирокого спектра явлений ( ЭПР, поглощение ультразвука, эффект Фарадея, фотоионизация центра М^Ста в ) свидетель-

ствует о правильности этой модели. Мо:шо предполагать справедливость обменной модели для объяснения других физических эффектов, происходящих в арсениде- галлия с примесью марганца.

Основные результаты проведенных исследований состоят в следующем. Показано, что:

1. Модель, учитывающая обменное взаимодействие дырки в исходном состоянии с пятью электронами наполовину заполненной с! - оболочки объясняет низкую ( по сравнению с мелким акцептором.) чувствительность основного состояния Мпсгъ к электрическим и деформационным воздействиям и высокую - к магнитным полям. Это создает.благоприятные условия для наблюдения разнообразных магнитных явлений в С(&АЬ : МП

Рис.4. Спектральная зависимость сечения фотоионизавди центра МЛс,д в 0-& /15 . Точки - экспериментальные результаты: а - / Чэпкен и др. / ( Т в 10 К) , б, в, г, д -/ Браун и др. // Т = 77 К^ . Сплошная линия-расчет при Т =77 К.

2. Существенное влияние на характер некоторых эффектов ( например, 31ГР, йог лощение ультразвука ) оказывают случайные ноля в кристалле. Определено, что расщепление основного состояния А1 » вызываемое такими полями в наиболее совершенных из исследованных кристаллов, сравнительно невелико и составляет десятки мкзВ.

3, Как показали исследования ЭПР и поглощения ультразвука, для некоторых из кристаллов р - Q-&A5 : /У/7 наиболее адекватно .эксперименту равномерное распределение расщеплений,уровней центров MilCfG в случайных полях от 0 до Jj та* ~ ^ мкэВ.

4. Релаксационное поглощение приводит к появлению максимума на температурной зависимости коэффициента поглощения ультразр-ковой волны, когда обратное время релаксации совпадает с частотой падающей солнц. Теоретический анализ и сопоставление с экспериментом показывают, что доминирующим механизмом релаксации при найденных пар-шатрах модели являются даухфоношше. римановские процессы.

5. Частотная зависимость угла поворота плоскости поляризации света в магнитном поле при низких температурах в CfüfiZ.'Mrt объясняется обманным взаимодействием выстроенных центров МпСга с зошшми дырками.

6. Некоторые особенности рассмотренных явлений в

CiiXfií : Мп( например, эффзкт Фарадея при комнатной температур^ связаны не с особенностями центра Mrtc,rc> « а просто с легированием кристалла сравнительно неглубокой акцепторной примесью

7, Обменное взаимодействие дыркз в основной состоянии и 3d электронов влияет на величину вероятности фотоионазадки только благодаря изменению порога ионизации о каадого аз рою» тепленных подуровне!.

Основное содеряаиае диссертация наложено в следующих работах / в соавторстве с 1веркнев«м H.G., Гутшшыы А.А., Осиповны Ё.Б., Решховод М.А. /

1. Взаимодействие центра МПе,а в CfêA% о электромагнитным и акустическим язлученлеи // Препринт ФТИ й 1540. -1991. -4,9 с.

2. Sidcet of fxhange utrtetxtitcr* m -the

- 17 -

/гямггз Ы center ¿n £aAS// Abstract

ol Crystal Properties, Prepervtc'0t. -JS&G,-

3* Resonance and reto&sea-tccr? аьъег>и®-&Сс>» Co p-&aAS:Mn а* ¿екг -temperature // see. ^t. - - (X$At

4, Ктвшше случайных полай на спектр ЭПР акцепторов M/Oq.^ в Р - Crate/! МП. - 1989. т. 23, II- с. 73 - 78.

5. Блшшао центров Мпс^ в Q-<$ А & на эффект варадея вблизи храя основной полосы поглощен« // ФТП. - 1990. ~ т.24, JS 9 - 0, 1632 - 1637.

JJmcS-

/