Диссертация (1105343), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Вторая пара потенциальных контактоврасположена напротив первых. Таким образом, они составляют две пары холловскихконтактов, одна из которых является запасной. Образец монтировался так, чтобымагнитное поле было перпендикулярно грани образца, свободной от контактов.Напряжение, снимаемое с двух расположенных друг напротив друга контактовсостоит в основном из трех вкладов: собственно холловского напряжения, термо-ЭДС иразности потенциалов связанной с «разориентацией» контактов. Последний связан стем, что практически невозможно добиться, чтобы холловские контакты располагалисьна одной эквипотенциальной поверхности в отсутствии поля, и представляет собойобычное падение напряжения на промежутке между контактами.
Чтобы избавиться отэтих «лишних» вкладов, используется коммутация тока и магнитного поля. Измеряемоенапряжение в четырех различных сочетаниях коммутации тока и магнитного поля,можно представить в виде:37U+↑ = UH + UT + UR;U−↑ = −UH + UT − UR;U+↓ = −UH + UT + UR;U−↓ = UH + UT − UR.Индексы «+» и «−» относятся к разным коммутациям тока, а «↑» и «↓»соответственно поля. При коммутации тока меняют знак первое и третье слагаемое, апри коммутации поля – только первое. Таким образом, искомое холловское напряжениеUH = (U+↑ − U−↑ − U+↓ + U−↓)/4.Коэффициент Холла рассчитывался по известной формуле: RH = UHd/(IB), где UH– Холловское напряжение, d – толщина образца вдоль магнитного поля, I – сила тока вобразце, B – индукция магнитного поля.Измерения производились с помощью цифровых многоканальных вольтметровKiethley, управляемых компьютерной программой. Один из приборов измерялнапряжениенапотенциальныхихолловскихконтактахинанагрузочномсопротивлении, другой – на термопаре.
На соленоид подавался ток до 300 мА, что припостоянной соленоида 1650 Э/А, позволяло получить магнитные поля до 0,05 Тл.Источник подключался к соленоиду через коммутатор, позволявший менятьнаправление магнитного поля как в ручном режиме, так и в автоматическом, спомощью компьютера. Сила тока через соленоид контролировалась с помощьюамперметра.Температура измерительной камеры изменялась путем изменения положенияизмерительной камеры в устойчивом градиенте температур над уровнем жидкогогелия.
В отличие от измерений сопротивления, при холловских измерениях необходимообеспечить постоянство внешнего магнитного поля. Для холловских измеренийиспользовался криостат, состоящий из двух стеклянных сосудов Дьюара: внешнего –38азотного и внутреннего – гелиевого. При этом измерительная камера находилась впарах гелия во внутреннем дьюаре, а соленоид, использовавшийся в качествеисточника магнитного поля, – в жидком азоте, во внешнем. Соленоид подвешивался кверхней части вставки, таким образом, что, при перемещении вставки в устойчивомградиенте температур в парах гелия, соленоид оставался неподвижным относительнообразца.
Одновременно решалась задача охлаждения и термостатирования соленоида –его температура во время эксперимента была равна температуре окружающего егожидкого азота, а джоулево тепло отводилось за счет кипения азота. Этот способохлаждения, однако, накладывает ограничение на максимальный ток через соленоид.При большом токе кипение становится интенсивным настолько, что образуется газоваяпрослойка между соленоидом и жидким азотом, температура соленоида начинаетувеличиваться, а вместе с ней растет и сопротивление – стабилизация магнитного полянарушается.Конфигурация установки позволяла одновременно с холловским сигналомзаписывать и сигнал с потенциальных контактов, находящихся на одной грани образца.Таким образом, сопротивление измерялось при тех же значениях температуры, что ихолловское напряжение, что существенно облегчает расчет холловской подвижности.Заодно эта методика позволяет измерять магнитосопротивление в тех образцах, вкоторых оно превышает шум.2.2.3 Измерения на переменном токе.Измерительная камера для измерений на переменном токе аналогична камере дляизмерений на постоянном токе с той лишь разницей, что в ней использовалиськоаксиальныекабели.Приизмеренияхнапеременномтокеиспользованиечетырехзондового метода нецелесообразно, так как сдвиг фаз между сигналами спотенциальных и токовых контактов имеет вклад, связанный с расстоянием между39контактами.
Этот вклад не представляет интереса, и его трудно вычленить. В тожевремя, проблема вклада контактов в сопротивление в эксперименте на переменном токерешается по-другому – с помощью анализа годографа импеданса Z* = Z’ + iZ” –зависимости мнимой части импеданса Z” от действительной Z’. В том случае есликонтакт к образцу является высокоомным, годограф сдвигается вправо вдоль оси Z’, навеличину сопротивления контактов. Поэтому использовалась двухконтактая схема – итоковый и потенциальный кабель подключались к одному контакту на образце. Стоитотметить, что кабелей остается четыре – два токовых и два потенциальных – для того,чтобы избежать вкладов от кабелей, поэтому такую схему иногда называютквазичетырехконтактной.Измерение импеданса образцов производилось с помощью прибора QuadTech1920, вольтамперным методом. Напряжение с генератора подается на последовательновключенные образец и нагрузочное сопротивление.
Прибор измеряет амплитуды исдвиг фаз напряжения на них, которые пересчитываются в полный импеданс поформуле Z* = (U*/U*н)Rн, где U* и U*н – комплексные напряжения на образце инагрузочномсопротивлениисоответственно,аRн–величинанагрузочногосопротивления. После этого модуль и фаза импеданса передаются на компьютер изаписываются в файл экспериментальных данных. Паспортные данные приборапредставлены в таблице 2.1.Таблица 2.1.
Паспортные данные прибора QuadTech 1920.Измеряемые параметры:|Z*|, RpФазовый угол φCpЧастота опорного сигнала fИмпеданс источникаАмплитуда опорного сигналаДоступный диапазон0,00001 мОм – 99,999 МОм−180° … +179,99°0,01 пФ – 9,9999 Ф20 Гц – 100 кГц с шагом 1,0 Гц100 кГц – 1 МГц с шагом 10,0 Гц5, 25, 50 или 100 Ом20 мВ – 1,0 В с шагом 5 мВточность±0,1%±0,18°±0,1%±(0,02%+0,02 Гц)40Важной особенностью данного прибора является ограничение на сопротивление иемкостьизмеряемойсхемы,прикоторыхприборработаеткорректно.Вдействительности, диапазоны, указанные в первой и третьей строках таблицы 2.1, необразуют «прямоугольной» области в координатах R, C корректно измеряемыхзначений сопротивления и емкости измеряемой схемы.
В работе [110] была проведенакалибровкаприбораспомощьюреперныхсхем.Проводилисьизмерениясопротивления и емкости параллельной RC-цепочки, составленной из резисторов иконденсаторов известного номинала на различных частотах. Выяснилось, что прималых значениях обоих параметров даже в пределах «паспортных» диапазоноврезультаты измерений некорректны. На рисунке 2.2 представлены результатыкалибровочных измерений.
На рисунке хорошо видна область некорректных измеренийпри малых R и C, отделенная пунктирной линией соответствующей R2C = 1×10−6 Ом2Ф.41-710-810-9C, F10-1010-1110-1210-1310Cp,f2pF, 1MHz10pF, 1MHz10pF, 100kHz30pF, 1MHz30pF, 100kHz40pF, 1MHz0.4nF, 1MHz70nF, 1MHz0.3µF, 1MHz101001000R, ΩРис.2.2.
Зависимость модуля емкости от сопротивления параллельной RCцепочки, измеренной прибором QuadTech 1920 LCR-meter, пунктирной прямойотсечена область недостоверности измерений. [110]422.2.4Магнитные измерения.ИзмерениямагнитнойвосприимчивостипроизводилисьнамагнитометреLakeShore 2129 в Институте Физики Польской Академии Наук. Установка представляетсобой продувной криостат, в котором соосно смонтированы задающая катушка и двепринимающие. Вся конструкция помещена при этом в сверхпроводящий соленоид,позволяющий получать магнитные поля до 9 Тл.Образец подвешивается на нити, намотанной на вал шагового двигателя в верхнейчасти установки.
На задающую катушку подается переменное напряжение, наводящее впринимающих ЭДС индукции. Принимающие катушки соединены навстречу другдругу, таким образом, в отсутствии образца ЭДС индукции, наведенные в них,компенсируют друг друга. При введении образца в верхнюю катушку ее индуктивностьменяется и появляется сигнал пропорциональный этому изменению и магнитнойвосприимчивости образца. Для повышения точности образец не устанавливается вцентре принимающей катушки, а движется сквозь нее вниз, а затем вверх. В результатеразвертка сигнала по времени представляет собой два равновеликих пика, по высотекоторыхможносудитьовеличинемагнитнойвосприимчивости.Сигналспринимающих катушек регистрируется синхронным детектором на частоте задающегонапряжения.
Таким образом, измеряется не только амплитуда напряжения напринимающих катушках, но и сдвиг фазы относительно задающего напряжения. Этопозволяет вычислить реальную и мнимую части комплексной восприимчивости.Температуру образца можно менять, регулируя поток холодного газообразного гелия, ис помощью нагревателя. Были получены зависимости магнитной восприимчивости оттемпературы и от магнитного поля при фиксированной температуре. Следует отметить,что результат измерения представляет собой объемную магнитную восприимчивость,43которую необходимо поделить на плотность образца для получения удельнойвосприимчивости.44Глава III Транспортные и магнитные свойства Pb1 − xMnxTe3.1 Экспериментальные результаты3.1.1 Транспортные свойстваБыли померены температурные зависимости сопротивления и коэффициентаХолла серии образцов Pb1 − xMnxTe.
Концентрация примеси определялась несколькимиметодами.Исследованные образцы были выращены методом Бриджмена. Полученныеслитки были разрезаны на шайбы перпендикулярно оси роста. При данном способероста примесь не распределяется равномерно по слитку, а существует градиентконцентрации примеси вдоль оси роста. Таким образом, шайбы образуют сериюобразцов с различным содержанием Mn.Концентрация марганца определялась различными методами. На рисунке 3.1представленорентгеновскойраспределениемарганцафлуоресценции,вдольискровойслитка,полученноемасс-спектрометрии,методамирентгеновскойдифракции и с помощью магнитометрии. Искровая масс-спектрометрия и методрентгеновской флуоресценции позволяют определить общее количество марганца, внезависимости от того, какую позицию занимают атомы в кристаллической решетке. Спомощью рентгеновской дифракции можно определить количество атомов марганца,встроенных в кристаллическую решетку на позиции свинца.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
