2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Некоторые кристаллы со структурой флюорита могут являться
5
Настоящая диссертация посвящена исследованию магнитных
введенных в кристалл примесных ян-теллеровских ионов на состояния донорных и акцепторных центров. Дело в том, что большинство восьмикратно координированных примесных Пионов с вырожденными основными орбитальными состояниями демонстрируют сильный эффект Яна-Теллера, приводящий к значительным локальным деформациям решетки кристалла-матрицы. Поэтому кажется весьма вероятным, что создаваемые ян-теллеровскими примесями деформации решетки должны особенно сильно влиять на состояния донорных и акцепторных центров в кристалле и, следовательно, на его электропроводящие свойства. Важно и то, что деформации, возникающие вокруг ян-теллеровских центров, могут явиться стимулом для процессов кластеризации примесей [4]. Так как флюориты приобретают полупроводниковые свойства в основном в случаях высокого уровня легирования, проблема кластеризации легирующих примесей оказывается очень важной и требует специального изучения. С одной стороны, кластеры ян-теллеровских ионов могут предоставить новые возможности для управления проводимостью и другими физическими свойствами кристалла; по этой причине информация об их свойствах окажется ценной и востребованной. Но, с другой стороны, присутствие кластеров в кристалле в некоторых случаях может стать нежелательным. В таких случаях знание свойств кластеров позволит найти способы подавления процессов кластеризации.
Таким образом, изучение свойств ян-теллеровских примесных центров в кристаллах структурной группы флюорита и степени их влияния на проводимость и другие физические параметры этих кристаллов является актуальным как с научной, так и с практической точки зрения.
Цель настоящей диссертационной работы являлось определение экспериментальных величин, характеризующих низкотемпературные магнитные свойства и проводимость ионных кристаллов группы
флюорита, легированных примесями ян-теллеровских ионов серебра, ванадия, меди и титана.
В данной работе были использованы известные и хорошо апробированные методы экспериментальных исследований четырехзондовый метод измерения проводимости и метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Достоверность и обоснованность полученных экспериментальных результатов подтверждается расчетами, выполненными на базе известных теоретических моделей, и совпадением с экспериментальными результатами, полученными при изучении сходных объектов другими авторами.
Научная новизна диссертационной работы заключается в
следующих оригинальных результатах:
1. Показано, что донорная проводимость кристаллов С(1Р2,
легированных трехвалентными ионами ванадия и содержащих
междоузельные ионы фтора в качестве компенсаторов избыточного положительного заряда легирующей примеси, может быть достигнута не только путем отжит этих кристаллов в парах кадмия, но и с помощью их отжига в вакууме;
2. Впервые проведено экспериментальное изучение зависимостей проводимости кристаллов Сс1Р2:А§ от концентрации примесных ионов серебра и от интенсивности их облучения рентгеновскими лучами, результаты которого позволяют оценить роли ионного и электронного механизмов проводимости в общей проводимости этих кристаллов;
3. Впервые выявлены особенности в спектрах ЭПР кристаллов
СаР2:У2+, обусловленные туннельным движением примесных ян-
теллеровских комплексов [УР8]6‘(Оь) между тригональными ямами их адиабатических потенциалов (АГ1) и заключающиеся в несовпадении параметров спектра ЭПР на вибронном синглете с параметрами спектров на состояниях вибронного триплета;
4. В диапазоне 1,7 К < Т < 4,2 К впервые изучены аномальные температурные зависимости главных компонент £-тензора примесных тримеров меди в кристаллах ВаР2:Си, указывающие на магнитный фазовый переход при Т » 4К;
5. По данным экспериментального изучения температурных зависимостей ширины линий спектров ЭПР примесных димеров титана и ассоциативных центров “Т13+ - Р’ш,” в кристаллах 8гР2:Т1 впервые определены критические температуры, при которых резко ускоряется частота надбарьерных переходов исследуемых центров между ямами их адиабатических потенциалов.
Практическая значимость результатов данного диссертационного исследования состоит:
1. В установлении возможности конвертирования ионных кристаллов С(1Р2:У в полупроводниковое состояние с донорным типом проводимости путем предварительного насыщения их междоузельньтми ионами фтора и последующего отжига в вакууме;
2. В разработке алгоритма расчета параметров туннелирования ян-теллеровских ионов с гриплетио вырожденными основными орбитальными состояниями по данным изучения формы линий их спектров ЭПР;
3. В определении условий образования кластеров ян-теллеровских </-ионов в кристаллах структурной группы флюорита.
Па защиту выносятся следующие основные положения:
1. Кристаллы Сс1Р2:У34, содержащие в своем объеме междоузельные ионы фтора (Р‘1п1), могут быть переведены в полупроводниковое состояние с донорным типом проводимости путем их отжига в вакууме;
2. Интервал между основным триплетом и ближайшим к нему возбужденным синглетом в спектре вибронных состояний туннелирующих ян-теллеровских комплексов [УР8]6"(Оь) в кристаллах
СаР2:У2+ может быть определен из анализа формы линий спектров ЭПР и примерно соответствует 80 МГц;
3. Проводимость кристаллов СсПъ^* и CaF2:Ag+ без рентгеновского облучения является преимущественно ионным, но под воздействием рентгеновских лучей электронная компонента проводимости начинает преобладать в общей проводимости этих кристаллов;
4. С понижением температуры при Т « 4 К в кристалле ВаР2) легированном тримерами двухвалентных ионов меди, происходит магнитный фазовый переход в ферромагнитное состояние;
5. Резкие уширения линий ЭПР примесных центров титана в кристаллах наблюдавшиеся при температурах выше Т| « 180 К (в случае димеров титана) или Т2» 240 К (в случае ассоциативных центров “Т13+ -Б'|П”), обязаны резкому возрастанию частоты надбарьерных переходов этих центров между двумя основными ямами их адиабатических потенциалов.
Автору принадлежат результаты экспериментального изучения: 1) зависимостей проводимости кристаллов Сй¥2:У^ от температуры и времени отжига в вакууме и зависимостей проводимости кристаллов СбР2:А£’’ и СаР2^~ от температуры и интенсивности их рентгеновского облучения; 2) зависимостей формы спектров ЭПР Ян-теллеровских центров Ag2> и У2+ от величины туннельного расщепления нижнего вибронного квартета; 3) температурных зависимостей ширины линий ЭПР димеров титана и ассоциатов “Т^-Гм” в кристаллах 8гР2:Т1; 4) температурных зависимостей компонент g-тeнзopa триммеров меди в ВаР2:Си в диапазоне 1,6 < Т < 4,2 К.
Результаты данной работы докладывались на следующих научных конференциях и школах: VIII международная школа молодых ученых «Актуальные проблемы магнитного резонанса и его применение»
(г.Казань, КГУ, 2005 г.), XIII Туполевские чтения (г.Казань, КГТУ им. А.Н. Туполева, 2005 г.), XI семинар-совещание «Оптика и спектроскопия конденсированных сред» (г.Краснодар, 2005 г.), Международная научная конференция «ФТТ-2005 Актуальные проблемы физики твердого тела» (г.Минск, 2005 г.), XXIII Съезд по спектроскопии (г.Звенигород, Московская обл., 2005 г.), Азиатский международный симпозиум по спектроскопии ЭПР APES-2006 (г.Новосибирск, 2006 г.), XII семинар-совещание «Оптика и спектроскопия конденсированных сред» (г.Краснодар, 2006 г.), XXXIV конференция по физике низких температур (г.Ростов, 2006 г.) и Международный симпозиум по эффекту Яна-Теллера и вибронным взаимодействиям в твердых телах (г.Триест, Италия, 2006 г.). Кроме этого, результаты данной работы докладывались на ежегодных итоговых конференциях и физических семинарах КазФТИ КазНЦ РАН.
Основные результаты работы опубликованы в 14 печатных работах [5-21], включая: 2 журнальных статьи и 4 статьи в материалах международных конференций.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы; содержит 125 страниц текста, включая 24 рисунка и 3 таблицы. Библиография содержит 69 наименований.
Первая глава представляет краткий обзор литературы по некоторым проблемам выращивания кристаллов из расплавов и по электронным свойствам и механизмам проводимости кристаллов структурного ряда флюорита.
Вторая глава посвящена экспериментальному изучению магнитных свойств и проводимости кристаллов CdF и CaF2, легированных примесями ванадия и серебра. Рассматриваются способы изменения валентного состояния примесных ионов ванадия и серебра в CdF и СаР2, представлены результаты изучения методом ЭПР низкотемпературных магнитных свойств и параметров туннелирования ян-теллеровских
- Київ+380960830922