Диссертация (1103182), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Мартенситный переход смещён в областьнизких температур, образец находится в аустенитной фазе в широкомдиапазоне температур.3. Образец Ni53Mn34In11Si2, претерпевающий мартенситный переход приизменении температуры.На рис. 4.23 приведена температурная зависимость намагниченности,измеренная в магнитном поле напряжённостью 250 Э для образца «3». Рис.4.24 показывает температурные зависимости для образца «3» в полях 500 Э и2,5 кЭ. На рис. 4.25 приведены температурные зависимости ЭЭК,измеренные в магнитных полях напряжённостью 2,7 кЭ для образцов «1» и«2».Гистерезисноеповедениетемпературнойзависимостинамагниченности образца «3» (рис. 4.23) при 175–250 К свидетельствует омартенситном переходе. Он происходит в довольно широком диапазонетемператур и не сопровождается сильным изменением намагниченности.ИзмеренияЭЭК(рис.4.24)показывают,чтомагнитныесвойства102Рис. 4.23.
Температурная зависимость намагниченности тонкой плёнкиNi53Mn34In11Si2 (образец «3») в поле напряжённостью 250 Э (в режимах ZFC иFC) [138].неоднородны по всей толщине тонкой плёнки. Действительно, гистерезисЭЭК начинается при 280 К и продолжается до 150 К.Спектры для образцов «1» и «2» (в мартенситной и аустенитной фазахсоответственно, рис. 4.26) не имеют принципиальных различий по форме,однако спектр «2» незначительно смещён в область большей энергии. Этосвязано с небольшими различиями в составе образцов. Такой вывод следуетиз того, чтопри сравнении спектров образца «3» в аустенитной имартенситной фазах (рис.
4.27) подобных расхождений не наблюдается.Так как магнитооптические переходы происходят между занятыми ипустыми электронными состояниями, идентичность спектров ЭЭК длямартенситной и аустенитной фаз показывают, что электронная структура неимеет никаких изменений в довольно широком диапазоне энергий нижеуровня Ферми. Поскольку магнитооптические методы для тонких плёнокявляются более надежными, чем для массивных образцов (из-за высокогокачества поверхности), исследование спектров ЭЭК подтверждает, что нет10314Ni53Mn34In11Si2ZFC, H = 500 OeFC, H = 500 OeFH, H = 2,5 kOeE = 2,55 eV1210TKE, 10-486420050100150T, K200250300Рис. 4.24.
Температурные зависимости ЭЭК тонкой плёнки Ni53Mn34In11Si2(образец «3») в полях 500 Э (в режимах ZFC и FC) и 2,5 кЭ.54TKE, 10-33Ni52Mn34In12Si22"1""2"H = 2,7 kOeE = 2,68 eV10050100150200250300T, KРис. 4.25. Температурные зависимости ЭЭК тонких плёнок Ni52Mn34In12Si2(образцы «1» и «2») в поле напряжённостью 2,7 кЭ.1044Ni52Mn34In12Si2"1", T = 40 K"2", T = 40 KH = 2,7 kOe2TKE, 10-30-2-40,00,51,01,52,02,5E, eV3,03,54,0Рис.
4.26. Спектральные зависимости ЭЭК тонких плёнок Ni52Mn34In12Si2(образцы «1» и «2») при T = 40 К.1,0Ni53Mn34In11Si2T = 35 KT = 140 KH = 2,5 kOeTKE, 10-30,50,0-0,5-1,0-1,50,00,51,01,52,02,5E, eV3,03,54,0Рис. 4.27. Температурные зависимости ЭЭК тонкой плёнки Ni53Mn34In11Si2(образец «3») в аустенитной (T = 140 К) и мартенситной (Т = 35 К) фазах.105резких изменений в электронной структуре на уровне Ферми и ниже уровняФерми для исследованных сплавов при мартенситном переходе.Такой результат коррелирует с результатами измерений электроннойтеплоёмкости [38], нормального и аномального эффекта Холла [39] в Niсодержащих сплавах Гейслера, которые не показали существенных различийв плотности состояний на уровне Ферми для аустенитной и мартенситнойфаз. Тем самым опровергается широко распространённое мнение (см. п.1.3.2), что мартенситный переход сопровождается сильными изменениямиэлектронной структуры.С другой стороны, на основе идентичности спектров в четверныхнестехиометрических сплавах можно выдвинуть ещё одну интереснуюгипотезу.
Согласно [51], при низких температурах в Ni-Mn-содержащихсплавах Гейслера образуются ферромагнитные кластеры в пара- илиантиферромагнитной матрице. Таким образом, количество аустенитной фазыуменьшается постепенно с понижением температуры. Поскольку ЭЭКнаблюдается в ферромагнетиках, можно предположить, что основную роль вспектрах при низких температурах играет наличие ферромагнитныхкластеров аустенитной фазы. Ниже мартенситного перехода магнитноесостояние является очень сложным и магнитно неоднородным из-законкуренции между ферро- и антиферромагнитныи взаимодействиями,наличия ферромагнитных кластеров.По расположению основных пиков спектры для плёнок Ni52Mn34In12Si2напоминают спектры для плёнок Ni50Mn35In15 и лент Ni43,7Mn43,6In12,7.
Приэтом положительный пик немного смещён в область меньших энергий (E ~1,25 эВ) по сравнению с положительным пиком для лент Ni43,7Mn43,6In12,7.Кроме того, заметно различие спектров для образцов «1» и «2» со спектромдля плёнки «3».На последнем отсутствует маленький отрицательный пик при E ~ 0,5эВ. Различия обусловлены различием в составе образцов.106§ 4.4. Заключение к главе 41. При 20–380 К в полях до 3 кЭ проведены исследованиямагнитооптических свойств тройных и четверных Ni-Mn-содержащихсплавов Гейслера в виде объёмных поли- и монокристаллических образцов,лент и плёнок.2.ВпервыеполученымагнитооптическиеспектрыЭЭКдлярассмотренных сплавов Гейслера как в мартенситной, так и в аустенитнойфазах.3. Показано, что вид магнитооптических спектров рассмотренныхсплавов Гейслера в значительной степени меняется при изменении составаисследуемых сплавов.
Изменение соотношения концентраций никеля имарганца в составе образца приводит к изменению характера спектра (пик врайоне 2,5 эВ разделяется на два). При замене марганца на железо и кобальтв плёнке в этой области энергий меняется знак ЭЭК. При замене 3d-металла(например, никеля на железо в поликристалле Fe48Mn24Ga28) вид спектраменяется полностью. Это подтверждает теоретические расчёты электроннойструктуры (например, [8]), согласно которым наличие наиболее интенсивныхпиков в магнитооптических спектрах главным образом связано с переходамимежду 3d-уровнями различных переходных металлов (гибридизированных сs- и p-уровнями).4.
В исследованных образцахсплавов Гейслера отмечается почтиполная идентичность спектральной зависимостиЭЭК в аустенитной имартенситной фазах, что позволяет говорить об отсутствии значительнойтрансформации электронной структуры при мартенситном переходе вопределенном интервале энергии. Этот вывод коррелирует с результатамиизмерений электронной теплоёмкости [38], нормального и аномального107эффекта Холла [39] в Ni-Mn-содержащих сплавах. Таким образом, можнопоставить под сомнение широко распространённое мнение (см.
п. 1.3.2), чтоизменениеэлектронныйструктурыможетбытьответственнымзамартенситный переход.5. Для нестехиометрических сплавов Гейслера для объёмаиприповерхностного слоя обнаружено различие в характерных температурахмартенситного перехода на 40–50 К. Это означает, что химический составилимикроструктуранеявляютсяприповерхностном слое сплавов.идентичнымивобъёмеив108Глава 5Магнитооптические свойствамагнитных полупроводников§ 5.1. Разбавленные магнитныеполупроводники GaMnAs, GaMnSb5.1.1.
Исследуемые образцыВторая группа образцов, исследованных в работе, представляла собойсерии магнитных полупроводников (Ga,Mn)As и (GaMn)Sb. Список образцовс указанием их параметров приведён в таблице 2.Таблица 2.НомерСоставТемператураКонцентрация марганцаподложкиxMn = tMn/(tMn+ tGaAs(Sb))Толщина№1(Ga,Mn)As300 oC0,13100 нм№2(Ga,Mn)As330 oC0,13130 нм№3(Ga,Mn)As350 oC0,23130 нм№4(Ga,Mn)As300 oC0,23130 нм№5GaMnSb300 oC0,3340 нм№6GaMnSb400 oC0,33140 нм№7GaMnSb400 oC0,2140 нм№8GaMnSb400 oC0,590 нм№9GaMnSb300 oC0,5110 нм№ 10GaMnSb400 oC0,09230 нм№ 11GaMnSb400 oC0,06230 нмСлоиGaMnAsиGaMnSbбылиизготовленывНаучно-исследовательском физико-техническом институте (НИФТИ) ННГУ им. Н.И.Лобачевского (Нижний Новгород) на подложке GaAs (001) методом109импульсной лазерной абляции из мишеней металлического марганца инелегированного GaAs (GaSb) в горизонтальном кварцевом реакторе в потокеарсина (GaMnAs) [64] и в потоке водорода (GaMnSb) [139].
Для изготовлениябыл использован ниодимовый лазер (длина волны 1,06 мкм). Давлениеарсина в реакторе составляло около 50 мм рт. ст. Температура подложкипри напылении варьировалась от 300 до 400 oC. Полученные плёнки имелиразличную концентрацию марганца и различную толщину.Значения концентраций марганца, приведённые в табл.
2, носятноминальный характер и были рассчитаны как отношение временинапыления марганца ко времени напыления всех компонентов образца (xMn =tMn/(tMn+ tGaAs)).5.1.2. Серия GaMnAsСпектральные зависимости ЭЭК, полученные для образцов № 3 и № 4при двух температурах приведены на рис. 5.1а. Видно, что оба образцаобнаруживают достаточно сильный сигнал ЭЭК при комнатной температуре.С понижением температуры, величина ЭЭК возрастает, и спектральныеособенности становятся более ярко выраженными.Спектры ЭЭК для образца № 3 являются типичными для слоёвGaMnAs, содержащих относительно большие («объёмные») включения MnAs[80],[140].
Особенности в спектрах ЭЭК для образца № 3 вблизи 1,8 эВ, 2,5эВ и 3,5 эВ связаны с оптическими переходами в MnAs (см. рис. 2.7).Спектры образца № 4 (с аналогичной концентрацией марганца, но меньшейтемпературой подложки) имеют резонансный характер, и, как былоустановлено ранее, усиление ЭЭК в диапазоне E = 0,5 – 2,0 эВ обусловленовозбуждением поверхностных плазмонов в нанокластерах MnAs [79],[141].110Рис. 5.1. Спектральные зависимости ЭЭК для образцов GaMnAs №№ 1 – 4 сразличной концентрацией марганца. Пунктирными линиями указаны энергииоптических переходов в критических точках для матрицы GaAs при T = 22 К.111Известно, что поверхностные плазмоны в сферических металлическихкластерах, внедрённых в прозрачную диэлектрическую матрицу, могутвозбуждаться при энергии фотона, удовлетворяющей следующему условию[80]:ε1m(Esr) = −2ε10(Esr)(5.1)где ε1m и ε10 — действительные компоненты диагональных компонент тензорадиэлектрической проницаемости для металлических частиц и матрицы,соответственно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
