Мягкие рентгеновские эмиссионные спектры и ферромагнетизм в широкозонных легированных полупроводниках
Проведены исследования резонансных и нерезонансных рентгеновских эмиссионных L-спектров примесей в полупроводниковых соединениях ZnS:Mn, ZnO:Mn, ZnO:Co, Cu₂O:Mn. Из анализа рентгеновских эмиссионных Mn L₂,₃ -спектров Zn₁-xMnxS (x = 0,1-0,3) установлено, что примеси Mn не образуют кластеры в решетке...
Saved in:
| Published in: | Физика низких температур |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116820 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Мягкие рентгеновские эмиссионные спектры и ферромагнетизм в широкозонных легированных полупроводниках / Т.П. Суркова, В.Р. Галахов, Э.З. Курмаев // Физика низких температур. — 2009. — Т. 35, № 1. — С. 103-108. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-116820 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Суркова, Т.П. Галахов, В.Р. Курмаев, Э.З. 2017-05-16T14:55:57Z 2017-05-16T14:55:57Z 2009 Мягкие рентгеновские эмиссионные спектры и ферромагнетизм в широкозонных легированных полупроводниках / Т.П. Суркова, В.Р. Галахов, Э.З. Курмаев // Физика низких температур. — 2009. — Т. 35, № 1. — С. 103-108. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. PACS: 71.55.Gs, 78.70.En https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116820 Проведены исследования резонансных и нерезонансных рентгеновских эмиссионных L-спектров примесей в полупроводниковых соединениях ZnS:Mn, ZnO:Mn, ZnO:Co, Cu₂O:Mn. Из анализа рентгеновских эмиссионных Mn L₂,₃ -спектров Zn₁-xMnxS (x = 0,1-0,3) установлено, что примеси Mn не образуют кластеры в решетке ZnS. Исследования Mn L₂,₃-спектров и электронной структуры эпитаксиальных пленок Zn₀,₈Mn₀,₂O, отожженных при различных температурах, показали, что причиной наблюдаемого подавления ферромагнетизма при T > 600 °C является сегрегация атомов Mn. В этом случае атомы Mn занимают как позиции Zn, так и входят в междоузлия. Для Zn₁-xCoxO (x = 0,02, 0,06 и 0,10) установлено отсутствие свободных носителей, которые могли бы быть ответственными за наличие обменного взаимодействия между ионами Co. Рентгеновские эмиссионные Mn L₂,₃ -измерения показывают, что в легированных Mn оксидах Cu₂O, синтезированных при 650 и 800 °С, атомы Mn находятся как в междоузлиях, так и замещают узлы Cu, однако конфигурации этих дефектов зависят от температуры синтеза. Уменьшение температуры Кюри с температурой синтеза может быть объяснено появлением антиферромагнитного сверхобмена между замещающими атомами Mn через кислород. Проведено дослідження резонансних та нерезонансних рентгенівських емісійних L-спектрів домішок у напівпровідникових сполуках ZnS:Mn, ZnO:Mn, ZnO:Co, Cu₂O:Mn. З аналізу рентгенівських емісійних Mn L₂,₃ -спектрів Zn₁-xMnxS (x 0,1–0,3) установлено, що домішки Mn не утворюють кластери в гратці ZnS. Дослідження Mn L₂,₃-спектрів та електронної структури епітаксійних плівок Zn₀,₈Mn₀,₂O, які відпалені при різних температурах, показали, що причиною спостережуваного пригнічення феромагнетизму при T > 600 0 C є сегрегація атомів Mn. У цьому випадку атоми Mn займають як позиції Zn, так і входять у міжвузловини. Для Zn₁-xCoxO (x 0,02, 0,06 и 0,10) установлено відсутність вільних носіїв, які могли б бути відповідальними за наявність обмінної взаємодії між іонами Co. Рентгенівські емісійні Mn L₂,₃ -вимірювання показують, що в легованих Mn оксидах Cu₂O, які синтезовані при 650 і 800 °C, атоми Mn перебувають як у міжвузловинах, так і заміщають вузли Cu, однак конфігурації цих дефектів залежать від температури синтезу. Зменшення температури Кюри з температурою синтезу може бути пояснено появою антиферомагнітного надобміну між атомами, що заміщають Mn через кисень. Resonant and non-resonant x-ray emission impurity L spectra in semiconductor compounds ZnS:Mn, ZnO:Mn, ZnO:Co, and Cu₂O:Mn have been studied. From the analysis of x-ray emission Mn L₂,₃ spectra of Zn₁-xMnxS (x = 0.1–0.3) it was established that Mn impurities do not form clusters in a ZnS lattice. The study of Mn L₂,₃ spectra and the electronic structure of epitaxial Zn₀,₈Mn₀,₂O film annealed at different temperatures showned that the segregation of Mn atoms in ZnO is the reason of disappearing of ferromagnetic ordering at T > 600 °C. In this case Mn atoms both substitute Zn site, and are in interstitial positions. In the case of Zn₁-xCoxO (x = 0.02, 0.06, and 0.10) it was established that the lack of free charge carries is responsible for the absent of exchange interaction between Co ions. X-ray emission Mn L₂,₃ measurements indicate that in Mn doped Cu₂O oxides sintered at 650 °C and 800 °C, Mn atoms are both in interstitial, and aCu substitution positions, but the defect configurations depend on the sintered temperature. A reduction of TC with the increase of the sintered temperature can be explained by the appearance of the antiferromagnetic superexchange between substitutional Mn atoms via oxygen ions Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ (проекты N 06-02-16733, 07-02-00540, 08-02-00148), Интеграционного проекта СО РАН УрО РАН и проекта «Ведущие научные школы Российской Федерации» грант НШ-1929.2008.2. и проекта «Российско-Германская лаборатория на BESSY». ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур XVII Уральская международная зимняя школа по физике полупроводников Мягкие рентгеновские эмиссионные спектры и ферромагнетизм в широкозонных легированных полупроводниках Soft x-ray emission spectra and ferromagnetism in wide-gap doped semiconductors Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Мягкие рентгеновские эмиссионные спектры и ферромагнетизм в широкозонных легированных полупроводниках |
| spellingShingle |
Мягкие рентгеновские эмиссионные спектры и ферромагнетизм в широкозонных легированных полупроводниках Суркова, Т.П. Галахов, В.Р. Курмаев, Э.З. XVII Уральская международная зимняя школа по физике полупроводников |
| title_short |
Мягкие рентгеновские эмиссионные спектры и ферромагнетизм в широкозонных легированных полупроводниках |
| title_full |
Мягкие рентгеновские эмиссионные спектры и ферромагнетизм в широкозонных легированных полупроводниках |
| title_fullStr |
Мягкие рентгеновские эмиссионные спектры и ферромагнетизм в широкозонных легированных полупроводниках |
| title_full_unstemmed |
Мягкие рентгеновские эмиссионные спектры и ферромагнетизм в широкозонных легированных полупроводниках |
| title_sort |
мягкие рентгеновские эмиссионные спектры и ферромагнетизм в широкозонных легированных полупроводниках |
| author |
Суркова, Т.П. Галахов, В.Р. Курмаев, Э.З. |
| author_facet |
Суркова, Т.П. Галахов, В.Р. Курмаев, Э.З. |
| topic |
XVII Уральская международная зимняя школа по физике полупроводников |
| topic_facet |
XVII Уральская международная зимняя школа по физике полупроводников |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физика низких температур |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Soft x-ray emission spectra and ferromagnetism in wide-gap doped semiconductors |
| description |
Проведены исследования резонансных и нерезонансных рентгеновских эмиссионных L-спектров примесей в полупроводниковых соединениях ZnS:Mn, ZnO:Mn, ZnO:Co, Cu₂O:Mn. Из анализа рентгеновских эмиссионных Mn L₂,₃ -спектров Zn₁-xMnxS (x = 0,1-0,3) установлено, что примеси Mn не образуют кластеры в решетке ZnS. Исследования Mn L₂,₃-спектров и электронной структуры эпитаксиальных пленок Zn₀,₈Mn₀,₂O, отожженных при различных температурах, показали, что причиной наблюдаемого подавления ферромагнетизма при T > 600 °C является сегрегация атомов Mn. В этом случае атомы Mn занимают как позиции Zn, так и входят в междоузлия. Для Zn₁-xCoxO (x = 0,02, 0,06 и 0,10) установлено отсутствие свободных носителей, которые могли бы быть ответственными за наличие обменного взаимодействия между ионами Co. Рентгеновские эмиссионные Mn L₂,₃ -измерения показывают, что в легированных Mn оксидах Cu₂O, синтезированных при 650 и 800 °С, атомы Mn находятся как в междоузлиях, так и замещают узлы Cu, однако конфигурации этих дефектов зависят от температуры синтеза. Уменьшение температуры Кюри с температурой синтеза может быть объяснено появлением антиферромагнитного сверхобмена между замещающими атомами Mn через кислород.
Проведено дослідження резонансних та нерезонансних рентгенівських емісійних L-спектрів домішок
у напівпровідникових сполуках ZnS:Mn, ZnO:Mn, ZnO:Co, Cu₂O:Mn. З аналізу рентгенівських емісійних
Mn L₂,₃ -спектрів Zn₁-xMnxS (x 0,1–0,3) установлено, що домішки Mn не утворюють кластери в гратці
ZnS. Дослідження Mn L₂,₃-спектрів та електронної структури епітаксійних плівок Zn₀,₈Mn₀,₂O, які відпалені при різних температурах, показали, що причиною спостережуваного пригнічення феромагнетизму
при T > 600 0
C є сегрегація атомів Mn. У цьому випадку атоми Mn займають як позиції Zn, так і входять у
міжвузловини. Для Zn₁-xCoxO (x 0,02, 0,06 и 0,10) установлено відсутність вільних носіїв, які могли
б бути відповідальними за наявність обмінної взаємодії між іонами Co. Рентгенівські емісійні Mn L₂,₃ -вимірювання показують, що в легованих Mn оксидах Cu₂O, які синтезовані при 650 і 800 °C, атоми
Mn перебувають як у міжвузловинах, так і заміщають вузли Cu, однак конфігурації цих дефектів залежать
від температури синтезу. Зменшення температури Кюри з температурою синтезу може бути пояснено появою антиферомагнітного надобміну між атомами, що заміщають Mn через кисень.
Resonant and non-resonant x-ray emission impurity
L spectra in semiconductor compounds
ZnS:Mn, ZnO:Mn, ZnO:Co, and Cu₂O:Mn have
been studied. From the analysis of x-ray emission
Mn L₂,₃ spectra of Zn₁-xMnxS (x = 0.1–0.3) it was
established that Mn impurities do not form clusters
in a ZnS lattice. The study of Mn L₂,₃ spectra and
the electronic structure of epitaxial Zn₀,₈Mn₀,₂O
film annealed at different temperatures showned
that the segregation of Mn atoms in ZnO is the reason
of disappearing of ferromagnetic ordering at
T > 600 °C. In this case Mn atoms both substitute
Zn site, and are in interstitial positions. In the case
of Zn₁-xCoxO (x = 0.02, 0.06, and 0.10) it was established
that the lack of free charge carries is responsible
for the absent of exchange interaction
between Co ions. X-ray emission Mn L₂,₃ measurements
indicate that in Mn doped Cu₂O oxides
sintered at 650 °C and 800 °C, Mn atoms are both
in interstitial, and aCu substitution positions, but
the defect configurations depend on the sintered
temperature. A reduction of TC with the increase of
the sintered temperature can be explained by the
appearance of the antiferromagnetic superexchange
between substitutional Mn atoms via oxygen ions
|
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116820 |
| citation_txt |
Мягкие рентгеновские эмиссионные спектры и ферромагнетизм в широкозонных легированных полупроводниках / Т.П. Суркова, В.Р. Галахов, Э.З. Курмаев // Физика низких температур. — 2009. — Т. 35, № 1. — С. 103-108. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT surkovatp mâgkierentgenovskieémissionnyespektryiferromagnetizmvširokozonnyhlegirovannyhpoluprovodnikah AT galahovvr mâgkierentgenovskieémissionnyespektryiferromagnetizmvširokozonnyhlegirovannyhpoluprovodnikah AT kurmaevéz mâgkierentgenovskieémissionnyespektryiferromagnetizmvširokozonnyhlegirovannyhpoluprovodnikah AT surkovatp softxrayemissionspectraandferromagnetisminwidegapdopedsemiconductors AT galahovvr softxrayemissionspectraandferromagnetisminwidegapdopedsemiconductors AT kurmaevéz softxrayemissionspectraandferromagnetisminwidegapdopedsemiconductors |
| first_indexed |
2025-11-26T16:28:18Z |
| last_indexed |
2025-11-26T16:28:18Z |
| _version_ |
1850628113963155456 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2009, ò. 35, ¹ 1, ñ. 103–108
Ìÿãêèå ðåíòãåíîâñêèå ýìèññèîííûå ñïåêòðû è
ôåððîìàãíåòèçì â øèðîêîçîííûõ ëåãèðîâàííûõ
ïîëóïðîâîäíèêàõ
Ò.Ï. Ñóðêîâà, Â.Ð. Ãàëàõîâ, Ý.Ç. Êóðìàåâ
Èíñòèòóò ôèçèêè ìåòàëëîâ ÓðÎ ÐÀÍ, óë. Ñ. Êîâàëåâñêîé, 18, ã. Åêàòåðèíáóðã, 620041, Ðîññèÿ
E-mail: surkova@imp.uran.ru
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 21 èþëÿ 2008 ã.
Ïðîâåäåíû èññëåäîâàíèÿ ðåçîíàíñíûõ è íåðåçîíàíñíûõ ðåíòãåíîâñêèõ ýìèññèîííûõ L-ñïåêòðîâ
ïðèìåñåé â ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ñîåäèíåíèÿõ ZnS:Mn, ZnO:Mn, ZnO:Co, Cu2O:Mn. Èç àíàëèçà ðåíòãå-
íîâñêèõ ýìèññèîííûõ Mn L2 3, -ñïåêòðîâ Zn1�xMn xS (x � 0,1–0,3) óñòàíîâëåíî, ÷òî ïðèìåñè Mn íå
îáðàçóþò êëàñòåðû â ðåøåòêå ZnS. Èññëåäîâàíèÿ Mn L2 3, -ñïåêòðîâ è ýëåêòðîííîé ñòðóêòóðû ýïèòàê-
ñèàëüíûõ ïëåíîê Zn0,8Mn0,2O, îòîææåííûõ ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ, ïîêàçàëè, ÷òî ïðè÷èíîé íà-
áëþäàåìîãî ïîäàâëåíèÿ ôåððîìàãíåòèçìà ïðè T > 600 °C ÿâëÿåòñÿ ñåãðåãàöèÿ àòîìîâ Mn. Â ýòîì ñëó-
÷àå àòîìû Mn çàíèìàþò êàê ïîçèöèè Zn, òàê è âõîäÿò â ìåæäîóçëèÿ. Äëÿ Zn1�xCo xO (x � 0,02, 0,06 è
0,10) óñòàíîâëåíî îòñóòñòâèå ñâîáîäíûõ íîñèòåëåé, êîòîðûå ìîãëè áû áûòü îòâåòñòâåííûìè çà íàëè-
÷èå îáìåííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó èîíàìè Co. Ðåíòãåíîâñêèå ýìèññèîííûå Mn L2 3, -èçìåðåíèÿ ïî-
êàçûâàþò, ÷òî â ëåãèðîâàííûõ Mn îêñèäàõ Cu2O, ñèíòåçèðîâàííûõ ïðè 650 è 800 °Ñ, àòîìû Mn íàõî-
äÿòñÿ êàê â ìåæäîóçëèÿõ, òàê è çàìåùàþò óçëû Cu, îäíàêî êîíôèãóðàöèè ýòèõ äåôåêòîâ çàâèñÿò îò
òåìïåðàòóðû ñèíòåçà. Óìåíüøåíèå òåìïåðàòóðû Êþðè ñ òåìïåðàòóðîé ñèíòåçà ìîæåò áûòü îáúÿñíåíî
ïîÿâëåíèåì àíòèôåððîìàãíèòíîãî ñâåðõîáìåíà ìåæäó çàìåùàþùèìè àòîìàìè Mn ÷åðåç êèñëîðîä.
Ïðîâåäåíî äîñë³äæåííÿ ðåçîíàíñíèõ òà íåðåçîíàíñíèõ ðåíòãåí³âñüêèõ åì³ñ³éíèõ L-ñïåêòð³â äîì³øîê
ó íàï³âïðîâ³äíèêîâèõ ñïîëóêàõ ZnS:Mn, ZnO:Mn, ZnO:Co, Cu2O:Mn. Ç àíàë³çó ðåíòãåí³âñüêèõ åì³ñ³éíèõ
Mn L2 3, -ñïåêòð³â Zn1�xMnxS (x � 0,1–0,3) óñòàíîâëåíî, ùî äîì³øêè Mn íå óòâîðþþòü êëàñòåðè â ãðàòö³
ZnS. Äîñë³äæåííÿ Mn L2,3-ñïåêòð³â òà åëåêòðîííî¿ ñòðóêòóðè åï³òàêñ³éíèõ ïë³âîê Zn0,8Mn0,2O, ÿê³ â³äïà-
ëåí³ ïðè ð³çíèõ òåìïåðàòóðàõ, ïîêàçàëè, ùî ïðè÷èíîþ ñïîñòåðåæóâàíîãî ïðèãí³÷åííÿ ôåðîìàãíåòèçìó
ïðè T > 600
0
C º ñåãðåãàö³ÿ àòîì³â Mn. Ó öüîìó âèïàäêó àòîìè Mn çàéìàþòü ÿê ïîçèö³¿ Zn, òàê ³ âõîäÿòü ó
ì³æâóçëîâèíè. Äëÿ Zn1�xCoxO (x � 0,02, 0,06 è 0,10) óñòàíîâëåíî â³äñóòí³ñòü â³ëüíèõ íîñ³¿â, ÿê³ ìîãëè
á áóòè â³äïîâ³äàëüíèìè çà íàÿâí³ñòü îáì³ííî¿ âçàºìî䳿 ì³æ ³îíàìè Co. Ðåíòãåí³âñüê³ åì³ñ³éí³ Mn
L2 3, -âèì³ðþâàííÿ ïîêàçóþòü, ùî â ëåãîâàíèõ Mn îêñèäàõ Cu2O, ÿê³ ñèíòåçîâàí³ ïðè 650 ³ 800 °C, àòîìè
Mn ïåðåáóâàþòü ÿê ó ì³æâóçëîâèíàõ, òàê ³ çàì³ùàþòü âóçëè Cu, îäíàê êîíô³ãóðàö³¿ öèõ äåôåêò³â çàëåæàòü
â³ä òåìïåðàòóðè ñèíòåçó. Çìåíøåííÿ òåìïåðàòóðè Êþðè ç òåìïåðàòóðîþ ñèíòåçó ìîæå áóòè ïîÿñíåíî ïî-
ÿâîþ àíòèôåðîìàãí³òíîãî íàäîáì³íó ì³æ àòîìàìè, ùî çàì³ùàþòü Mn ÷åðåç êèñåíü.
PACS: 71.55.Gs II–VI ïîëóïðîâîäíèêè;
78.70.En Ðåíòãåíîâñêèå ýìèññèîííûå ñïåêòðû è ôëþîðåñöåíöèÿ.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ðåíòãåíîâñêèå ýìèññèîííûå ñïåêòðû, ïîëóïðîâîäíèêè, òîíêèå ïëåíêè, ìàãíåòèçì.
Ââåäåíèå
Ïîëóìàãíèòíûå ïîëóïðîâîäíèêè (ÏÌÏ) ìîãóò ïî-
çâîëèòü èíòåãðèðîâàòü ìàãíèòíûå ñèñòåìû â ïîëó-
ïðîâîäíèêîâóþ ýëåêòðîíèêó è ïîëó÷èòü íîâûå òèïû
äàò÷èêîâ è ìèêðîïðîöåññîðîâ íà èõ îñíîâå, ïîñêîëü-
êó ýëåêòðîííûì ñïèíîì â ïîëóïðîâîäíèêå ëåãêî
óïðàâëÿòü. Áîëüøàÿ ÷àñòü èññëåäîâàíèé ÏÌÏ îòíîñèò-
ñÿ ê èññëåäîâàíèÿì ñîåäèíåíèé II–VI, ëåãèðîâàííûõ
Mn, Fe è Co. Èõ ñâîéñòâà ñóùåñòâåííî îïðåäåëÿþòñÿ
s- p- d-îáìåííûì âçàèìîäåéñòâèåì. Êàê ïðàâèëî, ñó-
ùåñòâóåò çàìåòíîå âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó ìàãíèòíû-
ìè ìîìåíòàìè, óïðàâëÿåìîå àíòèôåððîìàãíèòíûì
© Ò.Ï. Ñóðêîâà, Â.Ð. Ãàëàõîâ, Ý.Ç. Êóðìàåâ, 2009
ñâåðõîáìåíîì. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, â ñèñòåìàõ ñ âûñî-
êîé êîíöåíòðàöèåé ñâîáîäíûõ äûðîê èíèöèèðîâàí-
íîå íîñèòåëåì (÷àùå — äûðêîé) ôåððîìàãíèòíîå
ñïàðèâàíèå ìîæåò ïðèâåñòè ê ôåððîìàãíèòíîìó óïî-
ðÿäî÷åíèþ ñèñòåìû ìàãíèòíûõ èîíîâ. Ïðè ýòîì II–VI
ÏÌÏ ïðåäñòàâëÿþò ïðåêðàñíóþ ìîäåëüíóþ ñèñòåìó
äëÿ èçó÷åíèÿ ôåððîìàãíåòèçìà, íàâåäåííîãî ñâîáîä-
íûìè íîñèòåëÿìè, ïîòîìó ÷òî è ñïèíû, è íîñèòåëè ìî-
ãóò ââîäèòüñÿ íåçàâèñèìî, òàê ÷òî è â 3D-ñëó÷àå, è â
2D-ñòðóêòóðàõ ìîæíî ïîëó÷èòü øèðîêèé äèàïàçîí
êîíöåíòðàöèé êàê ñâîáîäíûõ íîñèòåëåé, òàê è ñïèíîâ.
Ïðè ñèíòåçå ìàññèâíûõ îáðàçöîâ â ðàâíîâåñíûõ
óñëîâèÿõ ïðèìåñè 3d-ìåòàëëîâ çàìåùàþò êàòèîííûå
ïîçèöèè è èõ ñóïåðîáìåííûå (÷åðåç àòîì õàëüêîãåíà)
âçàèìîäåéñòâèÿ, êàê ïðàâèëî, íå ïðèâîäÿò ê ôåððî-
ìàãíåòèçìó. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, óñòàíîâëåíî, ÷òî ïðè
ñèíòåçå â íåðàâíîâåñíûõ óñëîâèÿõ, íàïðèìåð â òîí-
êèõ ïëåíêàõ, àòîìû ïðèìåñè íàðÿäó ñ êàòèîííûì çà-
ìåùåíèåì ìîãóò çàíèìàòü ïîçèöèè â ìåæäîóçëèÿõ, è
èõ ñâåðõîáìåííîå âçàèìîäåéñòâèå ìîæåò îáåñïå÷è-
âàòü ôîðìèðîâàíèå ôåððîìàãíèòíûõ ñâîéñòâ ïðè êîì-
íàòíîé òåìïåðàòóðå.
Äëÿ àíàëèçà ìàãíèòíûõ ñîñòîÿíèé ïðèìåñè â ïî-
ëóïðîâîäíèêàõ âîñïîëüçóåìñÿ ðåíòãåíîâñêèìè ýìèñ-
ñèîííûìè ñïåêòðàìè. Ðåíòãåíîâñêèå ýìèññèîííûå
L�-ëèíèè ýìèòèðóþòñÿ âñëåäñòâèå ýëåêòðîííûõ ïåðå-
õîäîâ 3 25 2 3 2 3 2d ð/ , / /� , à L�-ëèíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ýëåê-
òðîííûì ïåðåõîäîì 3 23 2 1 2d ð/ /� . Âêëàä 4 2s ð� ïå-
ðåõîäîâ íà ôîíå ïðåâàëèðóþùèõ 3 2d ð� ÿâëÿåòñÿ
ìàëûì è îáû÷íî íå ó÷èòûâàåòñÿ [1]. Èçâåñòíî, ÷òî
îòíîøåíèå èíòåíñèâíîñòåé L�- è L�-ïîëîñ îòëè÷àåòñÿ
îò ñòàòèñòè÷åñêîé âåëè÷èíû 1/2 è çàâèñèò îò õèìè-
÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ ýëåìåíòîâ (ñì., íàïðèìåð, [2,3]).
 ÷èñòûõ ìåòàëëàõ îñíîâíûì ìåõàíèçìîì, îïðåäåëÿ-
þùèì îòíîøåíèå èíòåãðàëüíûõ èíòåíñèâíîñòåé,
ÿâëÿåòñÿ ïåðåõîä Êîñòåðà–Êðîíèãà L L M2 3 4 5, è ñîïóò-
ñòâóþùåå åìó ìíîæåñòâåííîå ðîæäåíèå ýëåêòðîí-äû-
ðî÷íûõ ïàð âáëèçè óðîâíÿ Ôåðìè, êîòîðîå ñóùåñòâåí-
íî ñíèæàåò âðåìÿ æèçíè íà L2-óðîâíå [4]. Â ïåðåõîäå
Êîñòåðà-Êðîíèãà L L M2 3 4 5, îçíà÷àåò, ÷òî ýëåêòðîí ñ
âûøåëåæàùåãî 2 3 2p / -óðîâíÿ ïåðåõîäèò íà ïóñòîé
2 1 2p / -óðîâåíü ñ âîçáóæäåíèåì îäíîãî èç âàëåíòíûõ
ýëåêòðîíîâ èëè èõ êîëëåêòèâíûõ êîëåáàíèé òèïà ïëàç-
ìîíîâ. Ïðè ýòîì äûðêà ïåðåìåùàåòñÿ ñ 2 1 2p / -óðîâíÿ
íà 2 3 2p / -óðîâåíü, îñëàáëÿÿ L�-ëèíèþ è óñèëèâàÿ
L�-ëèíèþ. Âåðîÿòíîñòü òàêèõ âîçáóæäåíèé â ìåòàë-
ëàõ çíà÷èòåëüíî áîëüøå, ÷åì â äèýëåêòðèêàõ. Òàêèì
îáðàçîì, îòíîñèòåëüíàÿ èíòåíñèâíîñòü L�- è L�-ïî-
ëîñ áóäåò êîððåëèðîâàòü ñ ýëåêòðè÷åñêèìè ñâîéñòâà-
ìè ìàòåðèàëîâ. Â äàëüíåéøåì îòíîøåíèå I L /IL( ) ( )� �
îáîçíà÷èì êàê I L /I L( ) ( )2 3 .
1. Îñîáåííîñòè ýêñïåðèìåíòà
Èçìåðåíèÿ ðåíòãåíîâñêèõ ýìèññèîííûõ L-ñïåê-
òðîâ ïåðåõîäíûõ ýëåìåíòîâ ïðîâåäåíî íà ëèíèè 8.0.1
ñèíõðîòðîíà ALS Áåðêëèåâñêîé íàöèîíàëüíîé ëà-
áîðàòîðèè. Ýíåðãèè âîçáóæäåíèÿ ñïåêòðîâ áûëè âû-
áðàíû â ñîîòâåòñòâèè ñ îñîáûìè òî÷êàìè íà ðåíò-
ãåíîâñêèõ 2 p (L)-ñïåêòðàõ ïîãëîùåíèÿ. Âåëè÷èíà
ýíåðãåòè÷åñêîãî ðàçðåøåíèÿ äëÿ Mn L-ñïåêòðîâ ýìèñ-
ñèè ñîñòàâëÿëà 0,7 ýÂ.
2. Ðåçóëüòàòû è èõ îáñóæäåíèå
2.1. Mn 3d-ïðèìåñè â ZnS:Mn
 ZnS, ëåãèðîâàííûõ Mn, âîçìîæíû òðè òèïà ìèê-
ðîñòóêòóð: àòîìû Mn çàìåùàþò óçëû Zn; îáðàçóþòñÿ
êëàñòåðû Mn; ôîðìèðóþòñÿ êîìïëåêñû Mn-S. Äëÿ âû-
ÿñíåíèÿ òèïà ìèêðîñòðóêòóð â ZnS:Mn âîñïîëüçóåìñÿ
ìåòîäîì ðåíòãåíîâñêîé ñïåêòðîñêîïèè.
Íà ðèñ. 1 ïðèâåäåíû ðåíòãåíîâñêèå Mn L-ñïåêòðû
ýìèññèè Zn 1�xMn xS (x � 0 1, , 0,2, 0,3) è ýòàëîííûõ ìà-
òåðèàëîâ — Mn è MnTe. Â ìåòàëëå èíòåíñèâíîñòü
104 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2009, ò. 35, ¹ 1
Ò.Ï. Ñóðêîâà, Â.Ð. Ãàëàõîâ, Ý.Ç. Êóðìàåâ
620 630 640 650 660
È
í
òå
í
ñè
â
í
î
ñò
ü
,
ï
ð
î
è
çâ
.
åä
.
L3
L2
MnTe
Mn
620 630 640 650 660
Ýíåðãèÿ ýÂ,
Zn Mn S1 – x x
x = 0 1,
x = 0 2,
x = 0 3,
L3
L2
Ýíåðãèÿ ýÂ,
Ðèñ. 1. Ðåíòãåíîâñêèå Mn L-ñïåêòðû ýìèññèè Zn1�xMn xS
(õ = 0,1, 0,2, 0,3) è ýòàëîííûõ ìàòåðèàëîâ — Mn è MnTe.
I L /I L( ) ( )2 3 ìàëà èç-çà ýôôåêòà Êîñòåðà–Êðîíèãà
L L M2 3 4 5, , êîòîðûé ïîäàâëÿåò èíòåíñèâíîñòü L2-ëè-
íèè è óñèëèâàåò L3-ëèíèþ. Â ñîåäèíåíèÿõ ïåðåõîä-
íûõ ýëåìåíòîâ ýôôåêò Êîñòåðà–Êðîíèãà ñëàáåå è âå-
ëè÷èíà I L /I L( ) ( )2 3 áîëüøå. Áûëî ïðåäïîëîæåíî, ÷òî â
èçîëÿòîðàõ âîçìîæíû ïåðåõîäû Êîñòåðà-Êðîíèãà
òîëüêî ñ âîçáóæäåíèåì èíäèâèäóàëüíûõ àòîìîâ, â òî
âðåìÿ êàê â ìåòàëëàõ ðåàëèçóþòñÿ íîâûå òèïû ïåðå-
õîäîâ, â êîòîðûõ ýíåðãèÿ çàòðà÷èâàåòñÿ íà êîëëåêòèâ-
íûå âîçáóæäåíèÿ êîëåáàíèé ýëåêòðîííîé ïëîòíîñòè
[5]. Òàêèå âîçáóæäåíèÿ íàèáîëåå ýôôåêòèâíû ïðè
ýíåðãèÿõ îêîëî 15–20 ýÂ, áëèçêèõ ê ýíåðãèÿì 2 p
ñïèí-îðáèòàëüíûõ âçàèìîäåéñòâèé.
Îòíîøåíèå èíòåíñèâíîñòè I L I L( ) / ( )2 3 äëÿ ñîåäè-
íåíèé MnS, ëåãèðîâàííûõ Mn, êàê ìîæíî âèäåòü íà
ðèñ. 1, ïðèìåðíî òàêîå æå, êàê äëÿ ïîëóïðîâîäíèêà
MnTe è ñóùåñòâåííî âûøå, ÷åì äëÿ ìåòàëëà Mn. Ýòî
ïîçâîëÿåò ñäåëàòü çàêëþ÷åíèå îá îòñóòñòâèè êëàñòå-
ðèçàöèè ïðèìåñåé Mn â Zn 1�xMn xS [6], ñîâïàäàþùåå
ñ âûâîäàìè ðàáîòû [7], ïîëó÷åííûìè íà îñíîâå
EXAFS-èññëåäîâàíèé Zn 1�xMn xSe.
2.2. Ïðèìåñè Mn â ýïèòàêñèàëüíûõ ïëåíêàõ ZnO,
ñèíòåçèðîâàííûõ ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ
Ýïèòàêñèàëüíûå ïëåíêè Zn0,8Mn0,2Î áûëè âûðà-
ùåíû íà ïîäëîæêå Al 2O 3 (0001) â âàêóóìíîé êàìåðå
ïðè áàçîâîì äàâëåíèè 10 9� Toðð [8]. Â ïðîöåññå ðîñòà
ïëåíîê ïîäëîæêè áûëè íàãðåòû äî òåìïåðàòóð 600 °Ñ
è 700 °Ñ. Ìàãíèòíûå èçìåðåíèÿ âûïîëíåíû íà ñâåðõ-
ïðîâîäÿùåì ìàãíåòîìåòðå SQUID [9]. Â ñîîòâåòñòâèè
ñ èçìåðåíèÿìè íàìàãíè÷åííîñòè ôåððîìàãíèòíûé
ïîðÿäîê äëÿ ïëåíêè Zn0,8Mn0,2Î, âûðàùåííîé ïðè
600 °Ñ, íàáëþäàåòñÿ ïðè òåìïåðàòóðàõ íèæå 30 Ê, â òî
âðåìÿ êàê ïëåíêà, ïîëó÷åííàÿ ïðè 700 °Ñ, îñòàåòñÿ ïà-
ðàìàãíèòíîé â îáëàñòè òåìïåðàòóð îò 30 äî 300 Ê [9].
Äëÿ ôåððîìàãíèòíîé ïëåíêè, ïîëó÷åííîé ïðè 600 °Ñ,
îñòàòî÷íàÿ íàìàãíè÷åííîñòü ñîñòàâëÿåò 2,1 ýìå�ñì–3,
à êîýðöèòèâíàÿ ñèëà — 570 Ý. Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî
ìàãíèòíîå ïîâåäåíèå ïëåíêè Zn0,8Mn0,2Î èñ÷åçàåò ñ
ðîñòîì òåìïåðàòóðû.
Íà ðèñ. 2 ïîêàçàíû ðåçîíàíñíî âîçáóæäåííûå (ïðè
L2-ïîðîãå) ðåíòãåíîâñêèå ýìèññèîííûå Mn L2 3, -ñïåê-
òðû äëÿ ôåððîìàãíèòíîãî îáðàçöà Zn0,8Mn0,2Î è íå-
ìàãíèòíîãî îáðàçöà, ïîëó÷åííûõ ïðè 600 °Ñ. Îòíî-
øåíèå èíòåíñèâíîñòåé I L /I L( ) ( )2 3 äëÿ íåôåððîìàãíèò-
íîãî îáðàçöà ìåíüøå, ÷åì äëÿ ôåððîìàãíèòíîãî îáðàç-
öà, è ïðèìåðíî òàêîå æå, êàê è äëÿ îêñèäîâ.
 ñîîòâåòñòâèè ñ äàííûìè ýëåêòðîííîãî ïàðàìàã-
íèòíîãî ðåçîíàíñà èîíû ìàðãàíöà â êðèñòàëëå ZnO ñî
ñòðóêòóðîé âþðöèòà íàõîäÿòñÿ â ñîñòîÿíèè îêèñëå-
íèÿ 2+ è çàìåùàþò óçëû Zn [10]. Ïîýòîìó ïîäîáèå
ðåíòãåíîâñêèõ ýìèññèîííûõ L-ñïåêòðîâ Zn0,8Mn0,2Î
è MnO íå ÿâëÿåòñÿ óäèâèòåëüíûì. Ñ äðóãîé ñòîðîíû,
äëÿ íåôåððîìàãíèòíîãî îáðàçöà Zn0,8Mn0,2Î íà-
áëþäàåòñÿ îòíîøåíèå èíòåíñèâíîñòåé I L /I L( ) ( )2 3 , êî-
òîðîå çàíèìàåò ïðîìåæóòî÷íîå ïîëîæåíèå ìåæäó
âåëè÷èíîé, õàðàêòåðíîé äëÿ ÷èñòîãî ìåòàëëà è äëÿ
îêñèäà. Ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ïðè âûñîêèõ òåì-
ïåðàòóðàõ ïîëó÷åíèÿ ïëåíîê àòîìû Mn çàíèìàþò êàê
ïîçèöèè Zn, òàê è âõîäÿò â ìåæäîóçëèÿ. Ñëåäîâàòåëü-
íî, ôîðìèðóþòñÿ ïðÿìûå ñâÿçè Mn–Mn. Ïðÿìîå
Mn–Mn àíèòèôåððîìàãíèòíîå âçàèìîäåéñòâèå ïîäàâ-
ëÿåò ôåððîìàãíèòíûé ïîðÿäîê â ïëåíêàõ Zn1–xMnxO.
Ýòîò ýôôåêò, ïî-âèäèìîìó, îñîáåííî ñóùåñòâåíåí
äëÿ ñèñòåì ñ áîëüøèìè êîíöåíòðàöèÿìè Mn è âåäåò ê
óíè÷òîæåíèþ ôåððîìàãíåòèçìà â Zn0,8Mn0,2O. Òàêèì
îáðàçîì, ïðè÷èíîé íàáëþäàåìîãî ïîäàâëåíèÿ ôåððî-
ìàãíåòèçìà â ïëåíêàõ Zn0,8Mn0,2O, ïîëó÷åííûõ ïðè
T � 600 °C, ÿâëÿåòñÿ ñåãðåãàöèÿ àòîìîâ Mn.
2.3. Îáìåííîå âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó çàìåùåííûìè
àòîìàìè êîáàëüòà â Zn 1�xCo xO
Áàçîâûé ìàòåðèàë ZnO ÿâëÿåòñÿ ïüåçîýëåêòðèêîì è
îïòè÷åñêè ïðîçðà÷íûì ìàòåðèàëîì ñ âåëè÷èíîé ýíåð-
ãåòè÷åñêîé ùåëè ðàâíîé 3,3 ý [11]. Ñóùåñòâîâàíèå
ôåððîìàãíèòíîãî ïîðÿäêà â ëåãèðîâàííîì êîáàëüòîì
ZnO áûëî ïðåäñêàçàíî òåîðåòè÷åñêè íà îñíîâå äâîé-
íîãî îáìåíà ìåæäó èîíàìè Co [12]. Â ðàáîòå [13] íàé-
äåíî ôåððîìàãíèòíîå ïîâåäåíèå ïëåíîê ZnO:Co, ïî-
ëó÷åííûõ ñ ïîìîùüþ ïóëüñèðóþùåãî ëàçåðà, ñ òåìïåðà-
òóðîé Êþðè âûøå 300 Ê. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, â ðàáîòå
[14] â ïëåíêàõ, âûðàùåííûõ ìåòîäîì ëàçåðíîé ìîëåêó-
ëÿðíîé ýïèòàêñèè, ôåððîìàãíèòíûå ñâîéñòâà íå áûëè
îáíàðóæåíû. Âîçìîæíîé ïðè÷èíîé ôåððîìàãíåòèçìà
ìîæåò áûòü îáðàçîâàíèå êëàñòåðîâ èç êîáàëüòà.
Íà ðèñ. 3 ïîêàçàíû ðåíòãåíîâñêèå Co 2 p-ñïåêòðû
ïîãëîùåíèÿ Zn 1�xCo xO äëÿ x � 0 02, , 0,06 è 0,10. Ñïåê-
òðû ïîëó÷åíû â ðåæèìå âûõîäà ôëþîðåñöåíöèè è
îòîáðàæàþò îáúåìíûå ñâîéñòâà ìàòåðèàëà. Ýòè ñïåê-
Ìÿãêèå ðåíòãåíîâñêèå ýìèññèîííûå ñïåêòðû è ôåððîìàãíåòèçì â øèðîêîçîííûõ ïîëóïðîâîäíèêàõ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2009, ò. 35, ¹ 1 105
620 630 640 650 660
Mn L3
Mn L2
Zn Mn O0,8 0,2
600 C�
700 C�
È
í
òå
í
ñè
â
í
î
ñò
ü
,
ï
ð
î
è
çâ
.
åä
.
Ýíåðãèÿ ýÂ,
Ðèñ. 2. Ðåçîíàíñíî âîçáóæäåííûå (ïðè Mn L2-ïîðîãå) Mn
L2 3, -ñïåêòðû ïëåíîê Zn0,8Mn0,2Î, ïîëó÷åííûõ ïðè 600 è
700 °Ñ.
òðû ôîðìèðóþòñÿ âñëåäñòâèå äèïîëüíîãî 2 p � ïåðå-
õîäà. Äâå ëèíèè, ëîêàëèçîâàííûå îêîëî 780 è 795 ýÂ,
ñôîðìèðîâàíû âñëåäñòâèå ñïèí-îðáèòàëüíîãî âçàèìî-
äåéñòâèÿ. Ìóëüòèïëåòíûé õàðàêòåð ñïåêòðà âîçíèêàåò
êàê ðåçóëüòàò êóëîíîâñêîãî è îáìåííîãî âçàèìîäåé-
ñòâèé 2 p-äûðîê ñ 3d-ýëåêòðîíàìè. Ýíåðãåòè÷åñêèå ïî-
ëîæåíèÿ ñïåêòðîâ è èíòåíñèâíîñòè îñîáåííîñòåé ìóëü-
òèïëåòíîé ñòðóêòóðû íàõîäÿòñÿ â õîðîøåì ñîãëàñèè ñ
ïðåäûäóùèìè èçìåðåíèÿìè è ðàñ÷åòàìè Co 2 p-ñïåê-
òðîâ ïîãëîùåíèÿ äëÿ Co2+èîíîâ â òåòðàýäðè÷åñêîì
êëàñòåðå íà îñíîâå êëàñòåðíîé ìîäåëè êîíôèãóðàöèîí-
íîãî âçàèìîäåéñòâèÿ [15,16]. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî îñíîâíàÿ
÷àñòü èîíîâ êîáàëüòà çàíèìàåò óçëû öèíêà.
Íà ðèñ. 4 ïîêàçàíû ðåíòãåíîâñêèå ýìèññèîííûå Co
L-ñïåêòðû Zn 1�xCo xO (õ = 0,02, 0,06 è 0,10), ìåòàë-
ëè÷åñêîãî Co è CoO, ïîëó÷åííûå ïðè ýíåðãèè âîçáóæ-
äåíèÿ âáëèçè Co L2-êðàÿ (Eexc � 795 ýÂ). Ïðè ýòîé
ýíåðãèè âîçáóæäåíèÿ èíòåíñèâíîñòü L2-ñïåêòðà ñó-
ùåñòâåííî âûøå, ÷åì L3-ñïåêòðà. Êàê áûëî ïîêàçàíî
ðàíåå, îòíîñèòåëüíàÿ èíòåíñèâíîñòü I L /I L( ) ( )2 3 ñèëü-
íî çàâèñèò îò ÷èñëà ñâîáîäíûõ íîñèòåëåé, îêðóæàþ-
ùèõ èçëó÷àþùèé ýëåìåíò. Âåëè÷èíà I L /I L( ) ( )2 3 äëÿ
Zn 1�xCo xO, ïðàêòè÷åñêè òàêàÿ æå, êàê è äëÿ CoO, è íå
çàâèñèò îò êîíöåíòðàöèè x. Îòñþäà ìîæíî ñäåëàòü
âûâîä, ÷òî ñâîáîäíûå íîñèòåëè, êîòîðûå îòâåòñòâåí-
íû çà íàëè÷èå îáìåííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó èî-
íàìè Co, îòñóòñòâóþò â Zn 1�xCo xO.
2.4. Çàêèñü ìåäè Cu 2O, ëåãèðîâàííàÿ ìàðãàíöåì
Òåîðåòè÷åñêèå ïðåäñêàçàíèÿ âûñîêîòåìïåðàòóð-
íîãî ôåððîìàãíåòèçìà â ëåãèðîâàííûõ ìàãíèòíûìè
ïðèìåñÿìè ïîëóïðîâîäíèêàõ ñòèìóëèðîâàëè èññëå-
äîâàíèÿ çàêèñè ìåäè Cu2O, ÿâëÿþùåãîñÿ ïîëó-
ïðîâîäíèêîì p-òèïà c âåëè÷èíîé ùåëè 2,0 ý [17].
Âûñîêàÿ òåìïåðàòóðà Êþðè â ïîëóïðîâîäíèêîâûõ
ñèñòåìàõ íà îñíîâå Cu 2O áûëà íàéäåíà äëÿ âûðàùåí-
íûõ ëàçåðíûì îñàæäåíèåì ýïèòàêñèàëüíûõ ïëåíîê,
ëåãèðîâàííûõ Al è Co [18], è ëåãèðîâàííûõ ìàðãàí-
öåì ïîëèêðèñòàëëàõ è ýïèòàêñèàëüíûõ ïëåíêàõ
Cu 2O, ïðèãîòîâëåííûõ ýëåêòðîîñàæäåíèåì [21]. Ñ
äðóãîé ñòîðîíû, íèçêàÿ òåìïåðàòóðà Êþðè (TC � 48 Ê)
áûëà íàéäåíà äëÿ ïëåíîê Cu1,9Mn0,1O, âûðàùåííûõ
ëàçåðíûì îñàæäåíèåì [19,20]. Òàêèì îáðàçîì, ïðè÷è-
íà ôåððîìàãíèòíîãî óïîðÿäî÷åíèÿ â ëåãèðîâàííîé
Mn Cu 2O ñèñòåìå îñòàåòñÿ íåÿñíîé.
Ïîðîøêîâûå îáðàçöû Cu 1 966, Mn 0 034, O áûëè ñèíòå-
çèðîâàíû ïðè òåìïåðàòóðàõ 650 °Ñ (TC � 300 Ê) è
800 °C (TC � 215 Ê) [22]. Â ñîîòâåòñòâèè ñ ðåçóëüòàòà-
ìè ìàãíèòíûõ èçìåðåíèé îáðàçåö, ñèíòåçèðîâàííûé
ïðè 650 °C, õàðàêòåðèçóåòñÿ òåìïåðàòóðîé Êþðè
TC � 300 Ê, à ìàòåðèàë, ïîëó÷åííûé ïðè 800 °C, ïîêà-
çûâàåò òåìïåðàòóðó Êþðè TC � 215 Ê [22].
Îòíîñèòåëüíîå îòíîøåíèå Mn L /L2 3-ýìèññèîííûõ
ëèíèé äëÿ îáðàçöà, ñèíòåçèðîâàííîãî ïðè 800 °C,
âûøå, ÷åì äëÿ îáðàçöà, ïîëó÷åííîãî ïðè 650 °C.
Ýòî ðàçëè÷èå íàèáîëåå ÿðêî ïðîÿâëÿåòñÿ â ðåçîíàí-
ñíûõ ñïåêòðàõ, ïîêàçàííûõ íà ðèñ. 5. Êàê óæå óêàçû-
âàëîñü âûøå, ïåðåõîäû Êîñòåðà–Êðîíèãà ïîäàâëÿþò
L2-ýìèññèþ. Ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî èçìåíåíèå â
îòíîøåíèè èíòåíñèâíîñòåé Mn L /L2 3 ñâÿçàíî ñ ïîÿâ-
ëåíèåì ìåæäîóçåëüíûõ ìàãíèòíûõ äåôåêòîâ. Ìåíü-
øàÿ èíòåíñèâíîñòü L /L2 3 äëÿ îáðàçöà, ñèíòåçèðîâàí-
íîãî ïðè 650 °C, ïðåäïîëàãàåò áîëåå âûñîêèé óðîâåíü
Mn â ìåæäîóçëèÿõ, ÷åì äëÿ îáðàçöà, ïîëó÷åííîãî ïðè
800 °C. Ôåððîìàãíåòèçì â Cu 2O, ëåãèðîâàííîì Mn,
òðåáóåò íàëè÷èÿ Mn â ìåæäîóçëèÿõ.
106 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2009, ò. 35, ¹ 1
Ò.Ï. Ñóðêîâà, Â.Ð. Ãàëàõîâ, Ý.Ç. Êóðìàåâ
775 780 785 790 795 800
Ýíåðãèÿ âîçáóæäåíèÿ, ýÂ
Co 2p XAS
A
B
C
Zn0,04 0,06Ñî Î
È
í
òå
í
ñè
â
í
î
ñò
ü
,
ï
ð
î
è
çâ
.
åä
.
Zn0,90 0,10Ñî Î
Zn0,08 0,02Ñî Î
Ðèñ. 3. Ðåíòãåíîâñêèå àáñîðáöèîííûå Co 2p-ñïåêòðû
Zn1–xCoxO (õ = 0,02, 0,06 è 0,10). Ñïåêòðû íîðìàëèçîâàíû
íà âûñîòó Co L3-ìàêñèìóìà. 770 780 790 800
Co L2,3 RIXS Å ýÂexc = 795
Zn0,98 0,02Ñî Î
L3 L2
CoO
Co
Ýíåðãèÿ âîçáóæäåíèÿ, ýÂ
È
í
òå
í
ñè
â
í
î
ñò
ü
,
ï
ð
î
è
çâ
.
åä
.
Zn0,90 0,10Ñî Î
Zn0,94 0,06Ñî Î
Ðèñ. 4. Ðåíòãåíîâñêèå ýìèññèîííûå Co L-ñïåêòðû
Zn1–xCoxO (õ = 0,02, 0,06 è 0,10), ìåòàëëè÷åñêîãî Co è CoO,
ïîëó÷åííûå ïðè ýíåðãèè âîçáóæäåíèÿ âáëèçè Co L2-êðàÿ.
Ðàñ÷åòû â ïðèáëèæåíèè LMTO-ASA ïîäòâåðæäàþò
ñäåëàííîå ïðåäïîëîæåíèå [22]. Êàê ìåæäîóçëåëüíûå,
òàê è çàìåùàþùèå àòîìû Mn, íàõîäÿòñÿ â ôåððîìàã-
íèòíîì ëåãèðîâàííîì Cu 2O è îòâå÷àþò çà ñèëüíîå îá-
ìåííîå âçàèìîäåéñòâèå [22].
Óìåíüøåíèå TC ñ òåìïåðàòóðîé ñèíòåçà ìîæåò
áûòü îáúÿñíåíî ïîÿâëåíèåì àíòèôåððîìàãíèòíîãî
ñâåðõîáìåíà ìåæäó çàìåùàþùèìè àòîìàìè Mn ÷åðåç
êèñëîðîä, ÷òî òðåáóåò áîëåå âûñîêîé ýíåðãèè ôîðìè-
ðîâàíèÿ äåôåêòîâ. Ýòî ñâÿçàíî ñ óìåíüøåíèåì ìàã-
íèòíûõ ìîìåíòîâ, ðîñòîì îòíîñèòåëüíîé èíòåíñèâ-
íîñòè L /L2 3 â Mn L2 3, -ñïåêòðàõ è óìåíüøåíèåì ÷èñëà
íîñèòåëåé.
3. Âûâîäû
Òàêèì îáðàçîì, â ðàáîòå âûïîëíåíû èññëåäîâàíèÿ
ðåçîíàíñíûõ è íåðîçîíàíñíûõ ðåíòãåíîâñêèõ ýìèññè-
îííûõ L-ñïåêòðîâ ïðèìåñåé â ïîëóïðîâîäíèêîâûõ
ñîåäèíåíèÿõ ZnS:Mn, ZnO:Mn, ZnO:Co, Cu 2O:Mn.
Àíàëèç îòíîñèòåëüíûõ èíòåíñèâíîñòåé L2- è L3-ïîëîñ
ïîçâîëèë îïðåäåëèòü ëîêàëüíóþ àòîìíóþ ñòðóêòóðó è
âûñêàçàòü ïðåäïîëîæåíèÿ î íàëè÷èè ëèáî îòñóòñòâèè
ôåððîìàãíåòèçìà â ýòèõ ñîåäèíåíèÿõ. Äëÿ Zn1–xCoxO
( x � 0,1, 0,3) óñòàíîâëåíî, ÷òî ïðèìåñè Mn íå îáðàçóþò
êëàñòåðû â ðåøåòêå ZnS. Äëÿ ýïèòàêñèàëüíûõ ïëåíîê
Zn0,8Mn0,2Î, îòîææåííûõ ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòó-
ðàõ, ïîêàçàíî, ÷òî ïðè÷èíîé íàáëþäàåìîãî ïîäàâëåíèÿ
ôåððîìàãíåòèçìà ïðè T > 600 °C ÿâëÿåòñÿ ñåãðåãàöèÿ
àòîìîâ Mn.  ýòîì ñëó÷àå àòîìû Mn çàíèìàþò êàê ïî-
çèöèè Zn, òàê è è âõîäÿò â ìåæäîóçëèÿ. Äëÿ Zn1�xCo xO
(õ = 0,02, 0,06 è 0,10) óñòàíîâëåíî îòñóòñòâèå ñâîáîä-
íûõ íîñèòåëåé, êîòîðûå ìîãëè áû áûòü îòâåòñòâåí-
íûìè çà íàëè÷èå îáìåííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó
èîíàìè Co. Äëÿ ëåãèðîâàííûõ Mn îêñèäîâ Cu 2O, ñèí-
òåçèðîâàííûõ ïðè 650 è 800 °Ñ, óñòàíîâëåíî, ÷òî èîíû
Mn íàõîäÿòñÿ êàê â ìåæäîóçëèÿõ, òàê è çàìåùàþò óçëû
Cu, îäíàêî êîíôèãóðàöèè ýòèõ äåôåêòîâ çàâèñÿò îò
òåìïåðàòóðû ñèíòåçà. Óìåíüøåíèå TC ñ òåìïåðàòóðîé
ñèíòåçà ìîæåò áûòü îáúÿñíåíî ïîÿâëåíèåì àíòèôåððî-
ìàãíèòíîãî ñâåðõîáìåíà èîíàìè Mn ÷åðåç êèñëîðîä.
Ðàáîòà âûïîëíåíà ïðè ÷àñòè÷íîé ôèíàíñîâîé ïîä-
äåðæêå ÐÔÔÈ (ïðîåêòû N 06-02-16733, 07-02-00540,
08-02-00148), Èíòåãðàöèîííîãî ïðîåêòà ÑÎ ÐÀÍ ÓðÎ
ÐÀÍ è ïðîåêòà «Âåäóùèå íàó÷íûå øêîëû Ðîññèéñêîé
Ôåäåðàöèè»— ãðàíò ÍØ-1929.2008.2. è ïðîåêòà
«Ðîññèéñêî-Ãåðìàíñêàÿ ëàáîðàòîðèÿ íà BESSY».
1. D.A. Goodings and R. Harris, J. Phys. C2, 1808 (1969).
2. Â.Ð. Ãàëàõîâ, Ý.Ç. Êóðìàåâ, Â.Ì. ×åðêàøåíêî, Èçâ. ÀÍ
ÑÑÑÐ. Ñåð. ôèçè÷. 49, 1513 (1985).
3. Â.Ð. Ãàëàõîâ, Ý.Ç. Êóðìàåâ, Ïîâåðõíîñòü. Ôèçèêà, õè-
ìèÿ, ìåõàíèêà, N10, 107 (1987).
4. Â.È. Ãðåáåííèêîâ, Â.Ð. Ãàëàõîâ, Ë.Ä. Ôèíêåëüøòåéí,
Í.À. Îâå÷êèíà, Ý.Ç. Êóðìàåâ, ÔÒÒ 45, 1002 (2003).
5. Â.È. Ãðåáåííèêîâ, Ïîâåðõíîñòü, N11, 41 (2002).
6. R.G. Wilks, E.Z. Kurmaev, L.M. Sandratskii, A.V. Post-
nikov, L.D. Finkelstein, T.P. Surkova, S.A. Lopez-Rivera,
and A. Moewes, J. Physics: Condens. Matter 18, 10405
(2006).
7. W.F. Pong, R.A. Mayanovic, B.A. Bunker, J.K. Furdyna,
and U. Debska, Phys. Rev. B41, 8440 (1990).
8. S.W. Jung, S.-J. An, G.-C. Yi, C.U. Jung, S.I. Lee, and S.
Cho, Appl. Phys. Lett. 80, 4561 (2002).
9. G.S. Chang, E.Z. Kurmaev, S.W. Jung , H.-J. Kim, G.-C. Yi
, S.-I. Lee, M.V. Yablonskikh, T.M. Pedersen, A. Moewes,
and L.D. Finkelstein, J. Phys.: Condens. Matter 19,
276210 (2007).
10. M. Diaconu, H. Schmidt, A. Oöppl, R. Böttcher, J. Hoentsch,
A. Klunker, D. Spemann, H. Hochmuth, M. Lorenz, and M.
Grundmann, Phys. Rev. B72, 085214 (2005).
11. M. Rebien, W. Henrion, M. Bär, and Cj.-H. Hischer, Appl.
Phys. 80, 3518 (2002).
12. K. Sato and Katayama-Yoshida, Jpn. J. Appl. Phys. Part 2
39, L555 (2000).
13. K. Ueda, H. Tabata, and T. Kawai, Appl. Phys. Lett. 79,
988 (2001).
14. Z. Jin, T. Fukumura, M. Kawasaki, K. Ando, H. Saito, T.
Sekiguchi, Y.Z. Yoo, M. Murakami, Y. Matsumoto, T.
Hasegawa, and H. Koinuma, Appl. Phys. Lett. 78, 3824
(2001).
15. J. Okabayashi, K. Ono, M. Mizuguchi, M. Oshima, S.S.
Gupta, D.D. Sarma, T. Mizokawa, A. Fujimori, M. Yuri,
C.T. Chen, T. Fukumura, M. Kawasaki, and H. Koinuma,
J. Appl. Phys. 95, 3573 (2004).
Ìÿãêèå ðåíòãåíîâñêèå ýìèññèîííûå ñïåêòðû è ôåððîìàãíåòèçì â øèðîêîçîííûõ ïîëóïðîâîäíèêàõ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2009, ò. 35, ¹ 1 107
Ýíåðãèÿ âîçáóæäåíèÿ, ýÂ
È
í
òå
í
ñè
â
í
î
ñò
ü
,
ï
ð
î
è
çâ
.
åä
.
630 640 650
800°Ñ
650°Ñ
à
á
L3
L2
Mn L XES2 3,
E = 660exc ýÂ
Eexc
E = 651,8exc ýÂ
Ðèñ. 5. Íåðåçîíàíñíûå è ðåçîíàíñíûå ðåíòãåíîâñêèå Mn
L-ñïåêòðû ýìèññèè Cu 2O:Mn.
16. S. Krishnamurthy, C. McGuinness, L.S. Dorneles, M. Ven-
katesan, J.M.D. Coey, K. E. Smith, T. Learmonth, P.-A.
Glans, and J.-H. Guo, J. Appl. Phys. 99, 08M111 (2006).
17. M. Wei, N. Braddon, D. Zhi, P.A. Midgley, S.K. Chen,
M.G. Blamire, and J.L. MacManus-Driscoll, Appl. Phys.
Lett. 86, 072514 (2005).
18. S.N. Kale, S.B. Ogale, S.R. Shinde, M. Sahasrabuddhe,
V.N. Kulkarni, R.L. Greene, and T. Venkatesan, Appl.
Phys. Lett. 82, 2100 (2003).
19. Y.L. Liu, S. Harrington, K.A. Yates, M. Wei, M.G. Blamire,
J.L. MacManus-Driscoll, and Y.C. Liu, Appl. Phys. Lett. 87,
222108 (2005).
20. L.Q. Pan, H. Zhu, C.F. Fan, W.G. Wang, Y. Zhang, and
J.Q. Xiao, J. Appl. Phys. 97, 10D318 (2005).
21. M. Ivill, M.E. Overberg, C.R. Abernathy, D.P. Norton, A.F.
Hebard, N. Theodoropoulou, and J.D. Budai, Solid State
Electron. 47, 2215 (2003).
22. G.S. Chang, E.Z. Kurmaev, D.W. Boukhvalov, A. Moewes,
L.D. Finkelstein, M. Wei, and J.L. MacManus-Driscoll, J.
Phys.: Condens. Matter 20, 215216 (2008).
Soft x-ray emission spectra and ferromagnetism
in wide-gap doped semiconductors
T.P. Surkova, V.R. Galakhov, and E.Z. Kurmaev
Resonant and non-resonant x-ray emission im-
purity L spectra in semiconductor compounds
ZnS:Mn, ZnO:Mn, ZnO:Co, and Cu2O:Mn have
been studied. From the analysis of x-ray emission
Mn L2,3 spectra of Zn1–xMnxS (x = 0.1–0.3) it was
established that Mn impurities do not form clusters
in a ZnS lattice. The study of Mn L2,3 spectra and
the electronic structure of epitaxial Zn0.8Mn0.2O
film annealed at different temperatures showned
that the segregation of Mn atoms in ZnO is the rea-
son of disappearing of ferromagnetic ordering at
T > 600 °C. In this case Mn atoms both substitute
Zn site, and are in interstitial positions. In the case
of Zn1–xCoxO (x = 0.02, 0.06, and 0.10) it was es-
tablished that the lack of free charge carries is res-
ponsible for the absent of exchange interaction
between Co ions. X-ray emission Mn L2,3 mea-
surements indicate that in Mn doped Cu2O oxides
sintered at 650 °C and 800 °C, Mn atoms are both
in interstitial, and aCu substitution positions, but
the defect configurations depend on the sintered
temperature. A reduction of TC with the increase of
the sintered temperature can be explained by the
appearance of the antiferromagnetic superexchange
between substitutional Mn atoms via oxygen ions.
PACS: 71.55.Gs II–VI Semiconductors;
78.70.En X-ray emission spectra and fluo-
rescence.
Keywords: x-ray emission spectra, semiconductors,
thin films, magnetism.
108 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2009, ò. 35, ¹ 1
Ò.Ï. Ñóðêîâà, Â.Ð. Ãàëàõîâ, Ý.Ç. Êóðìàåâ
|