Ультразвуковые исследования эффекта Яна-Теллера в кристалле ZnSe:Fe²⁺
В кристалле ZnSe:Fe²⁺ с концентрацией примеси железа n = 2,2·10¹⁹ cм⁻³ исследованы температурные зависимости поглощения и скорости поперечных ультразвуковых волн, распространяющихся в направлении [110], в интервале температур 1,4-100 К на частоте 53 МГц. Обнаружены пик поглощения при температуре 7,3...
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/123456789/116823 |
| 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: | Ультразвуковые исследования эффекта Яна-Теллера в кристалле ZnSe:Fe²⁺ / В.В. Гудков, А.Т. Лончаков, И.В. Жевстовских, В.И. Соколов, В.Т. Суриков // Физика низких температур. — 2009. — Т. 35, № 1. — С. 99-102. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-116823 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Гудков, В.В. Лончаков, А.Т. Жевстовских, И.В. Соколов, В.И. Суриков, В.Т. 2017-05-16T15:30:39Z 2017-05-16T15:30:39Z 2009 Ультразвуковые исследования эффекта Яна-Теллера в кристалле ZnSe:Fe²⁺ / В.В. Гудков, А.Т. Лончаков, И.В. Жевстовских, В.И. Соколов, В.Т. Суриков // Физика низких температур. — 2009. — Т. 35, № 1. — С. 99-102. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. PACS: 43.35.+d, 61.72.uj, 62.20.D-, 64.70.K- https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116823 В кристалле ZnSe:Fe²⁺ с концентрацией примеси железа n = 2,2·10¹⁹ cм⁻³ исследованы температурные зависимости поглощения и скорости поперечных ультразвуковых волн, распространяющихся в направлении [110], в интервале температур 1,4-100 К на частоте 53 МГц. Обнаружены пик поглощения при температуре 7,3 К и уменьшение фазовой скорости медленной поперечной моды ниже 40 К, в то время как для быстрой моды такие особенности не наблюдались. Эти аномалии интерпретированы как проявление эффекта Яна-Теллера. Смягчение модуля (C11-C12)/2 указывало на то, что локальные искажения в ZnSe:Fe²⁺ являются тетрагональными. В рамках предположения о релаксационной природе максимума поглощения была восстановлена температурная зависимость времени релаксации и получены значения высоты потенциального барьера и вибронной частоты. У кристалі ZnSe:Fe²⁺ з концентрацією домішки заліза n = 2,2·10¹⁹ cм⁻³ досліджено температурні залежності поглинання й швидкості поперечних ультразвукових хвиль, що поширюються в напрямку [110], в інтервалі температур 1,4–100 К на частоті 53 МГц. Виявлено пік поглинання при температурі 7,3 К і зменшення фазової швидкості повільної поперечної моди нижче 40 К, у той час як для швидкої моди таких особливостей не спостерігалося. Ці аномалії інтерпретовано як прояв ефекту Яна–Телле- ра. Зм’якшення модуля (C11–C12)/2 вказує на те, що локальні спотворення в ZnSe:Fe²⁺ є тетрагональними. У рамках припущення про релаксаційну природу максимуму поглинання було відновлено температурну залежність часу релаксації й отримано значення висоти потенційного бар’єра й вібронної частоти. Temperature dependences of absorption and phase velocity of transverse ultrasonic waves propagating along the [110] axis were investigated in the ZnSe:Fe²⁺ crystal (with dopant concentration n = 2,2·10¹⁹ cм⁻³ at the frequency 53 MHz in the interval of 1.4–100 Ê. A peak of absorption at 7.3 Ê and a decrease of phase velocity below 40 Ê were observed for a slow transverse mode while the fast mode did not display such anomalies. These anomalies were interpreted as a manifestation of the Jahn–Teller effect. The local distortions in ZnSe:Fe²⁺ have a tetragonal character. Within the assumption that the absorption peak has a relaxation origin, the temperature dependence of relaxation time was reconstructed and the potential barrier and the vibronic frequency were estimated. Работа выполнена по плану РА Н ( тема № г.р. 01.2.006 13395). ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур XVII Уральская международная зимняя школа по физике полупроводников Ультразвуковые исследования эффекта Яна-Теллера в кристалле ZnSe:Fe²⁺ Ultrasonic investigation of the Jahn–Teller effect in ZnSe:Fe²⁺ crystal Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Ультразвуковые исследования эффекта Яна-Теллера в кристалле ZnSe:Fe²⁺ |
| spellingShingle |
Ультразвуковые исследования эффекта Яна-Теллера в кристалле ZnSe:Fe²⁺ Гудков, В.В. Лончаков, А.Т. Жевстовских, И.В. Соколов, В.И. Суриков, В.Т. XVII Уральская международная зимняя школа по физике полупроводников |
| title_short |
Ультразвуковые исследования эффекта Яна-Теллера в кристалле ZnSe:Fe²⁺ |
| title_full |
Ультразвуковые исследования эффекта Яна-Теллера в кристалле ZnSe:Fe²⁺ |
| title_fullStr |
Ультразвуковые исследования эффекта Яна-Теллера в кристалле ZnSe:Fe²⁺ |
| title_full_unstemmed |
Ультразвуковые исследования эффекта Яна-Теллера в кристалле ZnSe:Fe²⁺ |
| title_sort |
ультразвуковые исследования эффекта яна-теллера в кристалле znse:fe²⁺ |
| author |
Гудков, В.В. Лончаков, А.Т. Жевстовских, И.В. Соколов, В.И. Суриков, В.Т. |
| author_facet |
Гудков, В.В. Лончаков, А.Т. Жевстовских, И.В. Соколов, В.И. Суриков, В.Т. |
| 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 |
Ultrasonic investigation of the Jahn–Teller effect in ZnSe:Fe²⁺ crystal |
| description |
В кристалле ZnSe:Fe²⁺ с концентрацией примеси железа n = 2,2·10¹⁹ cм⁻³ исследованы температурные зависимости поглощения и скорости поперечных ультразвуковых волн, распространяющихся в направлении [110], в интервале температур 1,4-100 К на частоте 53 МГц. Обнаружены пик поглощения при температуре 7,3 К и уменьшение фазовой скорости медленной поперечной моды ниже 40 К, в то время как для быстрой моды такие особенности не наблюдались. Эти аномалии интерпретированы как проявление эффекта Яна-Теллера. Смягчение модуля (C11-C12)/2 указывало на то, что локальные искажения в ZnSe:Fe²⁺ являются тетрагональными. В рамках предположения о релаксационной природе максимума поглощения была восстановлена температурная зависимость времени релаксации и получены значения высоты потенциального барьера и вибронной частоты.
У кристалі ZnSe:Fe²⁺ з концентрацією домішки заліза n = 2,2·10¹⁹ cм⁻³ досліджено температурні
залежності поглинання й швидкості поперечних ультразвукових хвиль, що поширюються в напрямку
[110], в інтервалі температур 1,4–100 К на частоті 53 МГц. Виявлено пік поглинання при температурі
7,3 К і зменшення фазової швидкості повільної поперечної моди нижче 40 К, у той час як для швидкої
моди таких особливостей не спостерігалося. Ці аномалії інтерпретовано як прояв ефекту Яна–Телле-
ра. Зм’якшення модуля (C11–C12)/2 вказує на те, що локальні спотворення в ZnSe:Fe²⁺
є тетрагональними. У рамках припущення про релаксаційну природу максимуму поглинання було відновлено температурну залежність часу релаксації й отримано значення висоти потенційного бар’єра й вібронної
частоти.
Temperature dependences of absorption and
phase velocity of transverse ultrasonic waves propagating
along the [110] axis were investigated in
the ZnSe:Fe²⁺ crystal (with dopant concentration
n = 2,2·10¹⁹ cм⁻³ at the frequency 53 MHz in
the interval of 1.4–100 Ê. A peak of absorption at
7.3 Ê and a decrease of phase velocity below 40 Ê
were observed for a slow transverse mode while the
fast mode did not display such anomalies. These
anomalies were interpreted as a manifestation of
the Jahn–Teller effect. The local distortions in
ZnSe:Fe²⁺ have a tetragonal character. Within the
assumption that the absorption peak has a relaxation
origin, the temperature dependence of relaxation
time was reconstructed and the potential barrier
and the vibronic frequency were estimated.
|
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116823 |
| citation_txt |
Ультразвуковые исследования эффекта Яна-Теллера в кристалле ZnSe:Fe²⁺ / В.В. Гудков, А.Т. Лончаков, И.В. Жевстовских, В.И. Соколов, В.Т. Суриков // Физика низких температур. — 2009. — Т. 35, № 1. — С. 99-102. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT gudkovvv ulʹtrazvukovyeissledovaniâéffektaânatelleravkristalleznsefe2 AT lončakovat ulʹtrazvukovyeissledovaniâéffektaânatelleravkristalleznsefe2 AT ževstovskihiv ulʹtrazvukovyeissledovaniâéffektaânatelleravkristalleznsefe2 AT sokolovvi ulʹtrazvukovyeissledovaniâéffektaânatelleravkristalleznsefe2 AT surikovvt ulʹtrazvukovyeissledovaniâéffektaânatelleravkristalleznsefe2 AT gudkovvv ultrasonicinvestigationofthejahntellereffectinznsefe2crystal AT lončakovat ultrasonicinvestigationofthejahntellereffectinznsefe2crystal AT ževstovskihiv ultrasonicinvestigationofthejahntellereffectinznsefe2crystal AT sokolovvi ultrasonicinvestigationofthejahntellereffectinznsefe2crystal AT surikovvt ultrasonicinvestigationofthejahntellereffectinznsefe2crystal |
| first_indexed |
2025-11-24T02:22:14Z |
| last_indexed |
2025-11-24T02:22:14Z |
| _version_ |
1850838041501892608 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2009, ò. 35, ¹ 1, ñ. 99–102
Óëüòðàçâóêîâûå èññëåäîâàíèÿ ýôôåêòà ßíà–Òåëëåðà
â êðèñòàëëå ZnSe:Fe2+
Â.Â. Ãóäêîâ1,2,3, À.Ò. Ëîí÷àêîâ3, È.Â. Æåâñòîâñêèõ3, Â.È. Ñîêîëîâ3,
Â.Ò. Ñóðèêîâ4
1
Óðàëüñêèé ãîñóäàðñòâåííûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò, óë. Ìèðà, 19, ã. Åêàòåðèíáóðã, 620002, Ðîññèÿ
2
Ðîññèéñêèé ãîñóäàðñòâåííûé ïðîôåññèîíàëüíî-ïåäàãîãè÷åñêèé óíèâåðñèòåò
óë. Ìàøèíîñòðîèòåëåé, 11, ã. Åêàòåðèíáóðã, 620012, Ðîññèÿ
3
Èíñòèòóò ôèçèêè ìåòàëëîâ Óðàëüñêîãî îòäåëåíèÿ Ðîññèéñêîé àêàäåìèè íàóê
óë. Ñîôüè Êîâàëåâñêîé, 18, ã. Åêàòåðèíáóðã, 620041, Ðîññèÿ
E-mail: gudkov@imp.uran.ru
4
Èíñòèòóò õèìèè òâåðäîãî òåëà Óðàëüñêîãî îòäåëåíèÿ Ðîññèéñêîé àêàäåìèè íàóê
óë. Ïåðâîìàéñêàÿ, 91, ã. Åêàòåðèíáóðã, 620041, Ðîññèÿ
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 21 èþëÿ 2008 ã.
 êðèñòàëëå ZnSe:Fe
2+
ñ êîíöåíòðàöèåé ïðèìåñè æåëåçà n = 2,2·10
19
cì
–3
èññëåäîâàíû òåìïåðà-
òóðíûå çàâèñèìîñòè ïîãëîùåíèÿ è ñêîðîñòè ïîïåðå÷íûõ óëüòðàçâóêîâûõ âîëí, ðàñïðîñòðàíÿþùèõñÿ
â íàïðàâëåíèè [110], â èíòåðâàëå òåìïåðàòóð 1,4–100 Ê íà ÷àñòîòå 53 ÌÃö. Îáíàðóæåíû ïèê ïîãëîùå-
íèÿ ïðè òåìïåðàòóðå 7,3 Ê è óìåíüøåíèå ôàçîâîé ñêîðîñòè ìåäëåííîé ïîïåðå÷íîé ìîäû íèæå 40 Ê, â
òî âðåìÿ êàê äëÿ áûñòðîé ìîäû òàêèå îñîáåííîñòè íå íàáëþäàëèñü. Ýòè àíîìàëèè èíòåðïðåòèðîâàíû
êàê ïðîÿâëåíèå ýôôåêòà ßíà–Òåëëåðà. Ñìÿã÷åíèå ìîäóëÿ (C11–C12)/2 óêàçûâàëî íà òî, ÷òî ëîêàëüíûå
èñêàæåíèÿ â ZnSe:Fe
2+
ÿâëÿþòñÿ òåòðàãîíàëüíûìè. Â ðàìêàõ ïðåäïîëîæåíèÿ î ðåëàêñàöèîííîé ïðè-
ðîäå ìàêñèìóìà ïîãëîùåíèÿ áûëà âîññòàíîâëåíà òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü âðåìåíè ðåëàêñàöèè è
ïîëó÷åíû çíà÷åíèÿ âûñîòû ïîòåíöèàëüíîãî áàðüåðà è âèáðîííîé ÷àñòîòû.
Ó êðèñòàë³ ZnSe:Fe
2+
ç êîíöåíòðàö³ºþ äîì³øêè çàë³çà n = 2,2·10
19
cì
–3
äîñë³äæåíî òåìïåðàòóðí³
çàëåæíîñò³ ïîãëèíàííÿ é øâèäêîñò³ ïîïåðå÷íèõ óëüòðàçâóêîâèõ õâèëü, ùî ïîøèðþþòüñÿ â íàïðÿìêó
[110], â ³íòåðâàë³ òåìïåðàòóð 1,4–100 Ê íà ÷àñòîò³ 53 ÌÃö. Âèÿâëåíî ï³ê ïîãëèíàííÿ ïðè òåìïåðàòóð³
7,3 Ê ³ çìåíøåííÿ ôàçîâî¿ øâèäêîñò³ ïîâ³ëüíî¿ ïîïåðå÷íî¿ ìîäè íèæ÷å 40 Ê, ó òîé ÷àñ ÿê äëÿ øâèäêî¿
ìîäè òàêèõ îñîáëèâîñòåé íå ñïîñòåð³ãàëîñÿ. Ö³ àíîìà볿 ³íòåðïðåòîâàíî ÿê ïðîÿâ åôåêòó ßíà–Òåëëå-
ðà. Çì’ÿêøåííÿ ìîäóëÿ (C11–C12)/2 âêàçóº íà òå, ùî ëîêàëüí³ ñïîòâîðåííÿ â ZnSe:Fe
2+
º òåòðàãîíàëü-
íèìè. Ó ðàìêàõ ïðèïóùåííÿ ïðî ðåëàêñàö³éíó ïðèðîäó ìàêñèìóìó ïîãëèíàííÿ áóëî â³äíîâëåíî òåì-
ïåðàòóðíó çàëåæí³ñòü ÷àñó ðåëàêñàö³¿ é îòðèìàíî çíà÷åííÿ âèñîòè ïîòåíö³éíîãî áàð’ºðà é â³áðîííî¿
÷àñòîòè.
PACS: 43.35.+d Óëüòðàçâóê, êâàíòîâàÿ àêóñòèêà è ôèçè÷åñêèå ýôôåêòû çâóêà;
61.72.uj III–V è II–VI ïîëóïðîâîäíèêè;
62.20.D– Ïåðåõîä òâåðäîå òåëî–æèäêîñòü;
64.70.K– Ïåðåõîä òâåðäîå òåëî–òâåðäîå òåëî.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ïîëóïðîâîäíèê, ìîäóëè óïðóãîñòè, ïîãëîùåíèå óëüòðàçâóêà, ïðèìåñü.
Ââåäåíèå
Óëüò ð à ç âó êî â û å è ñ ñ ë åä î âà í è ÿ ê ð è ñ ò à ë ë î â
ZnSe:Ni
2+
[1], ZnSe:Cr
2+
[2], ZnTe:Ni
2+
[3 ], ZnSe:V
2+
è ZnSe:Mn
2+
[4], èìåþùèõ ñòðóêòóðó öèíêîâîé îáìàí-
êè, ïîêàçàëè, ÷òî íàëè÷èå â êðèñòàëëå 3d-ïðèìåñè
çàìåùåíèÿ, îáëàäàþùåé îðáèòàëüíî âûðîæäåííûìè
ñîñòîÿíèÿìè, ïðèâîäèò ê ñìÿã÷åíèþ îäíîãî èç ñèì-
© Â.Â. Ãóäêîâ, À.Ò. Ëîí÷àêîâ, È.Â. Æåâñòîâñêèõ, Â.È. Ñîêîëîâ, Â.Ò. Ñóðèêîâ, 2009
ìåòðèéíûõ óïðóãèõ ìîäóëåé C, à èìåííî C Ñs � �( 11
� Ñ12 2) / èëè C 44 , è ê ñóùåñòâîâàíèþ íèçêîòåìïåðà-
òóðíîãî ìàêñèìóìà ïîãëîùåíèÿ � óëüòðàçâóêîâîé
âîëíû òîé ïîëÿðèçàöèè, ôàçîâàÿ ñêîðîñòü êîòîðîé
îïðåäåëÿåòñÿ ñìÿã÷àþùèìñÿ ìîäóëåì. Îáíàðóæåí-
íûå àíîìàëèè íà çàâèñèìîñòÿõ C T( ) è �( )T â ýòèõ
êðèñòàëëàõ èíòåðïðåòèðîâàíû êàê ïðîÿâëåíèå ýôôåê-
òà ßíà–Òåëëåðà. Òåîðåòè÷åñêîå îïèñàíèå ýòîãî ýô-
ôåêòà ìîæíî íàéòè â ðàáîòå [5]. Ïðè ýòîì âîêðóã ïðè-
ìåñè, èìåþùåé îêòàýäðè÷åñêîå èëè òåòðàýäðè÷åñêîå
îêðóæåíèå, âîçíèêàþò ëîêàëüíûå èñêàæåíèÿ ðåøåò-
êè, ïîíèæàþùèå ýíåðãèþ êðèñòàëëà è ñíèìàþùèå
âûðîæäåíèå ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé. Â íåêîòîðûõ ñî-
åäèíåíèÿõ ïåðåõîäíûõ ìåòàëëîâ ýòè èñêàæåíèÿ ïðè-
âîäÿò ê ñóùåñòâîâàíèþ ôàçîâûõ ïåðåõîäîâ. Â èññëå-
äîâàííûõ íàìè ðàçáàâëåííûõ ïîëóïðîâîäíèêàõ
íàáëþäàåòñÿ ëèøü òåíäåíöèÿ ê òàêèì ôàçîâûì ïåðå-
õîäàì, êîòîðàÿ ïðîÿâëÿåòñÿ â ñìÿã÷åíèè êàêîãî-ëèáî
èç óïðóãèõ ìîäóëåé. Ïðè ýòîì àíîìàëèè íà òåìïåðà-
òóðíûõ çàâèñèìîñòÿõ êîìïëåêñíîãî ìîäóëÿ C T44 ( ),
îïðåäåëÿþùåãî ñêîðîñòü áûñòðîé ïîïåðå÷íîé ìîäû,
óêàçûâàþò íà òðèãîíàëüíûé òèï ëîêàëüíûõ ÿí-òåëëå-
ðîâñêèõ èñêàæåíèé ðåøåòêè, à àíîìàëèè ìîäóëÿ C s ,
ñâÿçàííîãî ñ ìåäëåííîé ïîïåðå÷íîé ìîäîé, — íà òåò-
ðàãîíàëüíûé òèï èñêàæåíèé. Â áîëüøèíñòâå èññëåäî-
âàííûõ íàìè ðàíåå êðèñòàëëîâ [1–4] âûÿâëåíû òðèãî-
íàëüíûå ëîêàëüíûå èñêàæåíèÿ, è òîëüêî â êðèñòàëëå
ZnSe:Cr
2+
èñêàæåíèÿ áûëè òåòðàãîíàëüíûìè. Îäíàêî
âåëè÷èíà ïîãëîùåíèÿ â îáëàñòè ìàêñèìóìà îêàçàëàñü
íàñòîëüêî âåëèêà, ÷òî íå óäàëîñòü ïðîâåñòè èçìåðå-
íèÿ íà ìåäëåííîé ïîïåðå÷íîé ìîäå.  ñâÿçè ñ ýòèì
ïðåäñòàâëÿëîñü èíòåðåñíûì èññëåäîâàòü êðèñòàëë
ZnSe:Fe
2+
, â êîòîðîì îñíîâíîå ñîñòîÿíèå èîíà Fe
2+
—
5
E(e
3
t
3
) [6], è ñëåäóåò îæèäàòü òåòðàãîíàëüíûõ ëî-
êàëüíûõ èñêàæåíèé.
Ýêñïåðèìåíò
Ìîíîêðèñòàëë ZnSe:Fe
2+
âûðàùåí â Èíñòèòóòå
ôèçèêè òâåðäîãî òåëà ÐÀÍ ìåòîäîì Áðèäæìåíà èç
ðàñïëàâà â óñëîâèÿõ èçáûòî÷íîãî äàâëåíèÿ èíåðòíî-
ãî ãàçà [7]. Êîíöåíòðàöèÿ ïðèìåñè æåëåçà, îïðåäåëåí-
íàÿ ìåòîäîì ìàññ-ñïåêòðîñêîïèè (Spectromass 2000)
ñ èíäóêòèâíî ñâÿçàííîé ïëàçìîé, ñî ñòàâëÿëà
2,2·10
19
ñì
–3
.
Òåìïåðàòóðíûå èçìåðåíèÿ ïîãëîùåíèÿ è ñêîðîñòè
ïîïåðå÷íûõ óëüòðàçâóêîâûõ âîëí âûïîëíåíû íà óñòà-
íîâêå, ðàáîòàþùåé ïî ïðèíöèïó âûñîêî÷àñòîòíîãî
ìîñòà, îáåñïå÷èâàþùåé òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ èçìåíå-
íèÿ ïîãëîùåíèÿ íå ìåíåå 0,02 äÁ è ñêîðîñòè ïîðÿäêà
10
–6
. Óëüòðàçâóêîâûå ðàäèîèìïóëüñû äëèòåëüíîñòüþ
0,7 ìêñ ðàñïðîñòðàíÿëèñü âäîëü íàïðàâëåíèÿ [110]. Â
ýòîì íàïðàâëåíèè îáðàçåö èìåë äëèíó 4,71 ìì. Ïî-
ïåðå÷íûå óëüòðàçâóêîâûå âîëíû âîçáóæäàëèñü è ðå-
ãèñòðèðîâàëèñü ïüåçîïðåîáðàçîâàòåëÿìè èç íèîáàòà
ëèòèÿ, èìåþùèìè ðåçîíàíñíóþ ÷àñòîòó ïðèáëèçè-
òåëüíî 53 ÌÃö.
Íà ðèñ. 1 ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé äè-
íàìè÷åñêèõ (ò.å. ÷àñòîòíî-çàâèñèìûõ) óïðóãèõ ìî-
äóëåé C s è C 44 . Âèäíî, ÷òî íèæå 40 Ê ìîäóëü C s ïîêà-
çûâàåò çíà÷èòåëüíîå ñìÿã÷åíèå, â òî âðåìÿ êàê C 44
òàêèõ èçìåíåíèé íå îáíàðóæèâàåò. Ïîãëîùåíèå îáåèõ
ìîä âîçðàñòàåò ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû, ïðè ýòîì
ìåäëåííàÿ ìîäà èìååò ìàêñèìóì ïðè T = 7,3 Ê
(ðèñ. 2). Îáíàðóæåííûå àíîìàëèè íà òåìïåðàòóðíûõ
çàâèñèìîñòÿõ C T( ) è �( )T ñâÿçàíû ñ íàëè÷èåì ìàëîé
ïðèìåñè æåëåçà, òàê êàê ïðîâåäåííûå ðàíåå èññëåäî-
âàíèÿ íà ÷èñòîì êðèñòàëëå ñåëåíèäà öèíêà [8] òàêèõ
îñîáåííîñòåé íå âûÿâèëè.
100 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2009, ò. 35, ¹ 1
Â.Â. Ãóäêîâ, À.Ò. Ëîí÷àêîâ, È.Â. Æåâñòîâñêèõ, Â.È. Ñîêîëîâ, Â.Ò. Ñóðèêîâ
0 20 40 60 80 100
–1,0
–0,5
0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
T, K
1
0
C
/C
3
�
Ðèñ. 1. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè óïðóãèõ ìîäóëåé â
êðèñòàëëå ZnSe:Fe
2+
: ñâåòëûå êðóæêè îòíîñÿòñÿ ê ìîäóëþ
Cs , òåìíûå — ê ìîäóëþ C44; �C C T C T� �( ) ( )0 , T0 = 90 Ê.
2 4 6 8 10 12
0
1
2
T, K
,
/
�
�
ä
Á
ñì
Ðèñ. 2. Òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü ïîãëîùåíèÿ óëüòðà-
çâóêà äëÿ ìåäëåííîé ïîïåðå÷íîé âîëíû, ðàñïðîñòðàíÿþ-
ùåéñÿ â ZnSe:Fe
2+
âäîëü îñè [110] íà ÷àñòîòå 53 ÌÃö.
�� � �� �( ) ( )T T0 , T0 = 1,4 Ê.
Îáñóæäåíèå
Èíòåðïðåòàöèÿ îáíàðóæåííûõ â êðèñòàëëå
ZnSe:Fe
2+
íèçêîòåìïåðàòóðíîãî ìàêñèìóìà ïîãëîùå-
íèÿ è ñìÿã÷åíèÿ óïðóãîãî ìîäóëÿ, ñâÿçàííîãî ñ ìåä-
ëåííîé ïîïåðå÷íîé ìîäîé, îñíîâàíà íà òîì, ÷òî ìû
èìååì äåëî ñ ïðîÿâëåíèåì ýôôåêòà ßíà–Òåëëåðà. Â
ðàìêàõ ýòîãî ïðåäïîëîæåíèÿ ñìÿã÷åíèå ìîäóëÿ C s
óêàçûâàåò íà òî, ÷òî ëîêàëüíûå èñêàæåíèÿ ðåøåòêè â
êðèñòàëëå ZnSe:Fe
2+
ÿâëÿþòñÿ òåòðàãîíàëüíûìè. Ýòà
èíôîðìàöèÿ âàæíà, ïîñêîëüêó âèä ëîêàëüíûõ èñêà-
æåíèé, ñâÿçàííûé ñ îïðåäåëåííûì òèïîì âèáðîííûõ
ìîä, íå âñåãäà âûÿâëÿåòñÿ ïðè èññëåäîâàíèè ýôôåêòà
ßíà–Òåëëåðà òðàäèöèîííûìè ìåòîäàìè, òàêèìè êàê
îïòè÷åñêîå ïîãëîùåíèå, ëþìèíåñöåíöèÿ.
Íàáëþäàåìûé ìàêñèìóì ïîãëîùåíèÿ îïèøåì â
ðàìêàõ ïðåäïîëîæåíèÿ î åãî ðåëàêñàöèîííîé ïðèðî-
äå. Òîãäà âêëàä ðåëàêñàöèîííîãî ïðîöåññà â ïîëíîå
ïîãëîùåíèå óëüòðàçâóêà ìîæíî çàïèñàòü â âèäå (ñì.,
íàïðèìåð, [9])
�
��
� �
r
U R
k
C C
C
�
�
�
1
2 1
0
0
2 2
, (1)
çäåñü � — êðóãîâàÿ ÷àñòîòà óëüòðàçâóêîâîé âîëíû;
k v0 0� � / , �0 — ôàçîâàÿ ñêîðîñòü ïðè íåêîòîðîé òåì-
ïåðàòóðå T0; C v0 0
2� — äèíàìè÷åñêèé ìîäóëü óï-
ðóãîñòè, ñâÿçàííûé ñ ðàññìàòðèâàåìîé ìîäîé; —
ïëîòíîñòü ìàòåðèàëà; CU è C R — ñîîòâåòñòâåííî íå-
ðåëàêñèðîâàííûé è ðåëàêñèðîâàííûé ìîäóëè óïðó-
ãîñòè; � — âðåìÿ ðåëàêñàöèè. Ñëåäóþùåå ïðåäïî-
ëîæåíèå ñâÿçàíî ñ çàâèñèìîñòüþ ( ) /C C CU R� 0 îò
òåìïåðàòóðû. Íà îñíîâå ðàññìîòðåíèÿ êîíêðåòíûõ
ìåõàíèçìîâ ïîãëîùåíèÿ [9] ìîæíî ñäåëàòü âûâîä î
òîì, ÷òî ýòà çàâèñèìîñòü ñâîäèòñÿ ê îáðàòíîé îò òåì-
ïåðàòóðû. Ïîýòîìó çàìåíèì ( ) /C C CU R� 0 íà E T/
,
ãäå E — êîíñòàíòà ðàçìåðíîñòè ýíåðãèè, à
— ïîñòî-
ÿííàÿ Áîëüöìàíà. Òàêèì îáðàçîì, óðàâíåíèå (1) ïðè-
ìåò âèä
�
��
� �
r k
E
T
�
�
1
2 1
0 2 2
. (2)
Åñëè T � 10 Ê, òî âûðàæåíèå â ïðàâîé ÷àñòè óðàâíåíèÿ
(2) èìååò ìàêñèìóì ïðè �� �1 è, îïðåäåëèâ âåëè÷èíó
ïèêà ïîãëîùåíèÿ (� m) è åãî ïîëîæåíèå ïî òåìïåðàòó-
ðå (Tm), ìîæíî ïîëó÷èòü
E
T
k
m m�
4
0
�
. (3)
Ïîäñòàâëÿÿ âûðàæåíèå äëÿ E â óðàâíåíèå (2) è ðåøèâ
åãî îòíîñèòåëüíî âðåìåíè ðåëàêñàöèè, ïîëó÷èì
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
� �
�
�
�
��
�
�
�
��
1
1
2
m m m mT
T
T
T
. (4)
Ïîäîáíûé ïîäõîä ê îïðåäåëåíèþ �( )T áûë ïðèìå-
íåí ïðè îáðàáîòêå äàííûõ, ïîëó÷åííûõ äëÿ êðèñòàëëà
Al2O3:Ni
3+
, ïèê ïîãëîùåíèÿ óëüòðàçâóêà â êîòîðîì
íàáëþäàëñÿ ïðè T � 20 Ê [10]. Åñëè ïèê ïîãëîùåíèÿ
ðàñïîëîæåí ïðè T � 10 Ê, êàê â êðèñòàëëå ZnSe:Fe
2+
,
òî íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü âëèÿíèå ôàêòîðà 1/ T íà ïî-
ëîæåíèå ìàêñèìóìà ïîãëîùåíèÿ.  ýòîì ñëó÷àå óñëî-
âèå �� �1 áóäåò ñîîòâåòñòâîâàòü T T� 1, ïðè êîòîðîé
íàáëþäàåòñÿ ìàêñèìóì ôóíêöèè f T T Tr( ) ( )� �� . Ââî-
äÿ îáîçíà÷åíèå � �1 1� r T( ), ìîæíî ïîêàçàòü, ÷òî
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
� �
�
�
�
��
�
�
�
��
1
11 1 1 1
2
T
T
T
T
. (5)
Êîððåêòíûå ñ ôèçè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ ðåøåíèÿ îáåñ-
ïå÷èâàþòñÿ çíàêîì «+» ïåðåä êâàäðàòíûì êîðíåì ïðè
T T� 1 è çíàêîì «–» ïðè T T� 1. Äàëåå áóäåì ñ÷èòàòü,
÷òî ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ âêëàä äðóãèõ ìåõàíèç-
ìîâ, êðîìå ðåëàêñàöèîííîãî, â ñóììàðíîå ïîãëîùå-
íèå ÿâëÿåòñÿ ïîñòîÿííûì è � � � �r T T� � �( ) ( )0 � .
Íà ðèñ. 3 ïîêàçàíû çàâèñèìîñòè ��( )T è ��( )T T .
Âèäíî, ÷òî ó÷åò ôàêòîðà 1/ T ïðèâîäèò ê ïîïðàâêå â
îïðåäåëåíèè óñëîâèÿ �� �1, ðàâíîé 0,7 Ê (T1 8� Ê, à
Tm � 7 3, Ê). Ðåçóëüòàò îáðàáîòêè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ
äàííûõ ñ ïîìîùüþ óðàâíåíèÿ (5) ïîêàçàí íà ðèñ. 4.
Èçìåíåíèå íàêëîíà êðèâîé �( )T ìîæíî èíòåðïðåòèðî-
âàòü êàê ñìåíó ìåõàíèçìà ðåëàêñàöèè. Ïðè íèçêèõ
òåìïåðàòóðàõ âðåìÿ ðåëàêñàöèè îïðåäåëÿåòñÿ êâàíòî-
âûì òóííåëèðîâàíèåì ÷åðåç ïîòåíöèàëüíûé áàðüåð
V0, à ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ — òåðìè÷åñêîé àêòè-
âàöèåé, îïèñûâàåìîé âûðàæåíèåì [10]
� �
� � �1
0 02 exp ( / )V T , (6)
Óëüòðàçâóêîâûå èññëåäîâàíèÿ ýôôåêòà ßíà–Òåëëåðà â ZnSe:Fe2+
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2009, ò. 35, ¹ 1 101
2 4 6 8 10 12
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
T, K
,
/
�
�
ä
Á
ñì
T
,
·K
/
�
�
ä
Á
ñì
��
���
Tm
T1
Ðèñ. 3. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè ïîãëîùåíèÿ ìåäëåííîé
ïîïåðå÷íîé ìîäû, ðàñïðîñòðàíÿþùåéñÿ âäîëü îñè [110]
(�), è ôóíêöèè f T T( ) � �� (�). �� � �� �( ) ( )T T0 , T0 =
= 1,4 Ê.
ãäå �0 — âèáðîííàÿ ÷àñòîòà. Ïîäãîíêà âûðàæåíèÿ (6)
ê çàâèñèìîñòè �( )T , ïîêàçàííîé íà ðèñ. 4, äàåò ñëåäó-
þùèå çíà÷åíèÿ: V0 = 24 ñì
–1
è �0 = 10
10
Ãö.
Çàêëþ÷åíèå
 ðåçóëüòàòå óëüòðàçâóêîâûõ èññëåäîâàíèé êðèñ-
òàëëà ZnSe:Fe
2+
íà ÷àñòîòå 53 ÌÃö îáíàðóæåí ïèê ðå-
ëàêñàöèîííîãî ïîãëîùåíèÿ ïðè òåìïåðàòóðå 7,3 Ê, îá-
óñëîâëåííûé ýôôåêòîì ßíà–Òåëëåðà. Âîññòàíîâëåíà
òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü âðåìåíè ðåëàêñàöèè, ìî-
äåëèðîâàíèå êîòîðîé ïîçâîëèëî îïðåäåëèòü âåëè÷èíó
ïîòåíöèàëüíîãî áàðüåðà V0 = 24 ñì
–1
è âèáðîííóþ
÷àñòîòó �0 = 10
10
Ãö.
Ïðè ïîíèæåíèè òåìïåðàòóðû íèæå 40 Ê óïðóãèé
ìîäóëü C s , îïðåäåëÿþùèé ôàçîâóþ ñêîðîñòü ìåäëåí-
íîé ïîïåðå÷íîé ìîäû, îáíàðóæèë çíà÷èòåëüíîå ñìÿã-
÷åíèå, â òî âðåìÿ êàê äëÿ ìîäóëÿ C 44 òàêîãî ñìÿã÷åíèÿ
íå íàáëþäàëîñü. Ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò î òåòðàãîíàëü-
íûõ èñêàæåíèÿõ ðåøåòêè êðèñòàëëà ZnSe:Fe
2+
âáëèçè
ïðèìåñè æåëåçà.
Ð à á î ò à â û ï î ë í å í à ï î ï ë à í ó ÐÀ Í ( ò å ì à
¹ ã.ð. 01.2.006 13395).
1. V.V. Gudkov, A.T. Lonchakov, V.I. Sokolov, I.V. Zhev-
stovskikh, and N.B. Gruzdev, Phys. Status Solidi (b) 242,
R30 (2005).
2. V.V. Gudkov, A.T. Lonchakov, V.I. Sokolov, and I.V.
Zhevstovskikh, Phys. Rev. B73, 035213 (2006).
3. V.V. Gudkov, A.T. Lonchakov, V.I. Sokolov, and I.V.
Zhevstovskikh, 13
th
International Conference on II–VI
Compounds, Handbook & Abstract, September 10–14, Jeju,
Korea (2007), p. 77.
4. V.V. Gudkov, A.T. Lonchakov, V.I. Sokolov, I.V. Zhevs-
tovskikh, and V.T. Surikov, Phys. Rev. B77, 155210 (2008).
5. I.B. Bersuker, The Jahn–Teller Effect in Solid State,
Cambridge University Press, Cambridge (2006).
6. K.A. Kikoin and V.N. Flerov, in: Transition Metal Im-
purities in Semiconductor: Electronic Structure and Phy-
sical Properties, Singapore, New Jersey, London, Hong
Kong, World Scientific (1994), p. 163.
7. Ì.Ï. Êóëàêîâ, À.Â. Ôàäååâ, Í.Í. Êîëåñíèêîâ, Èçâ. ÀÍ
ÑÑÑÐ, Íåîðãàíè÷åñêèå ìàòåðèàëû 22, 39 (1986).
8. V.V. Gudkov, A.T. Lonchakov, A.V. Tkach, I.V. Zhevs-
tovskikh, V.I. Sokolov, and N.B. Gruzdev, J. Electron.
Mater. 33, 815 (2004).
9. M. Pomerants, Proc. IEEE 53, 1438 (1965).
10. M.D. Sturge, The Jahn–Teller Effect in Solids, in: F. Seitz
et al. (eds.), Solid State Physics, Vol. 20, New York, Lon-
don: Academic Press (1967).
Ultrasonic investigation of the Jahn–Teller effect
in ZnSe:Fe
2+
crystal
V.V. Gudkov, A.T. Lonchakov, I.V. Zhevstovskikh,
V.I. Sokolov, and V.T. Surikov
Temperature dependences of absorption and
phase velocity of transverse ultrasonic waves prop-
agating along the [110] axis were investigated in
the ZnSe:Fe
2+
crystal (with dopant concentration
n = 2.2·10
19
cm
–3
) at the frequency 53 MHz in
the interval of 1.4–100 Ê. A peak of absorption at
7.3 Ê and a decrease of phase velocity below 40 Ê
were observed for a slow transverse mode while the
fast mode did not display such anomalies. These
anomalies were interpreted as a manifestation of
the Jahn–Teller effect. The local distortions in
ZnSe:Fe
2+
have a tetragonal character. Within the
assumption that the absorption peak has a relax-
ation origin, the temperature dependence of relax-
ation time was reconstructed and the potential bar-
rier and the vibronic frequency were estimated.
PACS: 43.35.+d Ultrasonics, quantum acoustics,
and physical effects of sound;
61.72.uj III–V and II–VI semiconductors;
62.20.D– Solid–liquid transitions;
64.70.K– Solid–solid transitions.
Keywords: semiconductors, elastic moduli, ultraso-
nic attenuation, impurity.
102 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2009, ò. 35, ¹ 1
Â.Â. Ãóäêîâ, À.Ò. Ëîí÷àêîâ, È.Â. Æåâñòîâñêèõ, Â.È. Ñîêîëîâ, Â.Ò. Ñóðèêîâ
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
10
–6
10
–7
10
–8
10
–9
1/T, K
–1
�,
c
Ðèñ. 4. Âðåìÿ ðåëàêñàöèè â êðèñòàëëå ZnSe:Fe
2+
êàê ôóíê-
öèÿ îáðàòíîé òåìïåðàòóðû.
|