Низкотемпературные проявления гибридизированных электронных состояний примесей железа в термоэдс селенида ртути
Исследована температурная зависимость коэффициента термоэдс в селениде ртути с примесями железа и кобальта при низких температурах. В кристаллах с примесями железа при концентрациях, близких к тем, которые отвечают концентрационному максимуму электронной подвижности, в температурном интервале ниже 2...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физика низких температур |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117050 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Низкотемпературные проявления гибридизированных электронных состояний примесей железа в термоэдс селенида ртути / А.Т. Лончаков, В.И. Окулов, В.Л. Константинов, К.А. Окулова, С.Ю. Паранчич // Физика низких температур. — 2009. — Т. 35, № 3. — С. 295-298. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-117050 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Лончаков, А.Т. Окулов, В.И. Константинов, В.Л. Окулова, К.А. Паранчич, С.Ю. 2017-05-19T09:35:42Z 2017-05-19T09:35:42Z 2009 Низкотемпературные проявления гибридизированных электронных состояний примесей железа в термоэдс селенида ртути / А.Т. Лончаков, В.И. Окулов, В.Л. Константинов, К.А. Окулова, С.Ю. Паранчич // Физика низких температур. — 2009. — Т. 35, № 3. — С. 295-298. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 72.10.Fk, 72.20.Dp, 72.80.Ey https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117050 Исследована температурная зависимость коэффициента термоэдс в селениде ртути с примесями железа и кобальта при низких температурах. В кристаллах с примесями железа при концентрациях, близких к тем, которые отвечают концентрационному максимуму электронной подвижности, в температурном интервале ниже 25 К обнаружено аномально сильное уменьшение термоэдс, которое объясняется проявлением резонансного рассеяния электронов в гибридизированных состояниях на донорных примесях железа. Подгонка полученной теоретической зависимости к наблюдаемой позволила дать количественную интерпретацию экспериментальных данных и определить значения параметров гибридизированных состояний, согласующиеся с найденными при исследованиях других эффектов. В кристаллах с примесями кобальта не обнаружено аномалий, связанных с проявлением гибридизации электронных состояний, что согласуется с данными по проводимости и отвечает более низкому, чем у примесей железа, значению энергии резонанса у примесей кобальта. Досліджено температурну залежність коефіцієнта термоерс у селеніді ртуті з домішками заліза й кобальту при низьких температурах. У кристалах з домішками заліза при концентраціях, близьких до тих, які відповідають концентраційному максимуму електронної рухливості, у температурному інтервалі нижче 25 К виявлено аномально сильне зменшення термоерс, що пояснюється проявом резонансного розсіювання електронів у гібридизованих станах на донорних домішках заліза. Підгонка отриманої теоретичної залежності до спостережуваної дозволила дати кількісну інтерпретацію експериментальних даних і визначити значення параметрів гібридизованих станів, що узгоджуються зі знайденими при дослідженнях інших ефектів. У кристалах з домішками кобальту не виявлено аномалій, пов’язаних із проявом гібридизації електронних станів, що узгоджується з даними по провідності й відповідає більш низькому, ніж у домішок заліза, значенню енергії резонансу у домішок кобальту. The temperature dependence of thermoelectric power coefficient has been studied in mercury selenide with iron and cobalt impurities at low temperatures. The crystals with iron concentrations close to those which conform to the concentration maximum of electron mobility display an anomalous increase of thermoelectric power coefficient at temperatures below 25 K. This increase is supposed to be due to the resonance scattering of electrons in hybridized states by iron donor impurities. The fitting of the previously obtained theoretical dependence to the observed one allowed us to interpret quantitatively the experimental data and to determine the values of hybridized states parameters that are in agreement with the values found in studies of other effects. The crystals with cobalt impurities display no anomalies due to the effects of electronic state hybridization. This is in agreement with the data on conductivity and complies with the lower than that for iron impurities value of resonance energy for cobalt impurities. Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант №06-02-16919. ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Электронные свойства проводящих систем Низкотемпературные проявления гибридизированных электронных состояний примесей железа в термоэдс селенида ртути Low-temperature effects of hybridized electronic states of iron impurities in thermoelectric power of mercury selenide Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Низкотемпературные проявления гибридизированных электронных состояний примесей железа в термоэдс селенида ртути |
| spellingShingle |
Низкотемпературные проявления гибридизированных электронных состояний примесей железа в термоэдс селенида ртути Лончаков, А.Т. Окулов, В.И. Константинов, В.Л. Окулова, К.А. Паранчич, С.Ю. Электронные свойства проводящих систем |
| title_short |
Низкотемпературные проявления гибридизированных электронных состояний примесей железа в термоэдс селенида ртути |
| title_full |
Низкотемпературные проявления гибридизированных электронных состояний примесей железа в термоэдс селенида ртути |
| title_fullStr |
Низкотемпературные проявления гибридизированных электронных состояний примесей железа в термоэдс селенида ртути |
| title_full_unstemmed |
Низкотемпературные проявления гибридизированных электронных состояний примесей железа в термоэдс селенида ртути |
| title_sort |
низкотемпературные проявления гибридизированных электронных состояний примесей железа в термоэдс селенида ртути |
| author |
Лончаков, А.Т. Окулов, В.И. Константинов, В.Л. Окулова, К.А. Паранчич, С.Ю. |
| author_facet |
Лончаков, А.Т. Окулов, В.И. Константинов, В.Л. Окулова, К.А. Паранчич, С.Ю. |
| topic |
Электронные свойства проводящих систем |
| topic_facet |
Электронные свойства проводящих систем |
| 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 |
Low-temperature effects of hybridized electronic states of iron impurities in thermoelectric power of mercury selenide |
| description |
Исследована температурная зависимость коэффициента термоэдс в селениде ртути с примесями железа и кобальта при низких температурах. В кристаллах с примесями железа при концентрациях, близких к тем, которые отвечают концентрационному максимуму электронной подвижности, в температурном интервале ниже 25 К обнаружено аномально сильное уменьшение термоэдс, которое объясняется проявлением резонансного рассеяния электронов в гибридизированных состояниях на донорных примесях железа. Подгонка полученной теоретической зависимости к наблюдаемой позволила дать количественную интерпретацию экспериментальных данных и определить значения параметров гибридизированных состояний, согласующиеся с найденными при исследованиях других эффектов. В кристаллах с примесями кобальта не обнаружено аномалий, связанных с проявлением гибридизации электронных состояний, что согласуется с данными по проводимости и отвечает более низкому, чем у примесей железа, значению энергии резонанса у примесей кобальта.
Досліджено температурну залежність коефіцієнта термоерс у селеніді ртуті з домішками заліза й
кобальту при низьких температурах. У кристалах з домішками заліза при концентраціях, близьких до
тих, які відповідають концентраційному максимуму електронної рухливості, у температурному інтервалі нижче 25 К виявлено аномально сильне зменшення термоерс, що пояснюється проявом резонансного розсіювання електронів у гібридизованих станах на донорних домішках заліза. Підгонка
отриманої теоретичної залежності до спостережуваної дозволила дати кількісну інтерпретацію експериментальних даних і визначити значення параметрів гібридизованих станів, що узгоджуються зі
знайденими при дослідженнях інших ефектів. У кристалах з домішками кобальту не виявлено аномалій, пов’язаних із проявом гібридизації електронних станів, що узгоджується з даними по провідності й відповідає більш низькому, ніж у домішок заліза, значенню енергії резонансу у домішок
кобальту.
The temperature dependence of thermoelectric
power coefficient has been studied in mercury selenide
with iron and cobalt impurities at low temperatures.
The crystals with iron concentrations
close to those which conform to the concentration
maximum of electron mobility display an anomalous
increase of thermoelectric power coefficient at
temperatures below 25 K. This increase is supposed
to be due to the resonance scattering of electrons
in hybridized states by iron donor impurities.
The fitting of the previously obtained theoretical
dependence to the observed one allowed us to interpret
quantitatively the experimental data and to
determine the values of hybridized states parameters
that are in agreement with the values found in
studies of other effects. The crystals with cobalt
impurities display no anomalies due to the effects
of electronic state hybridization. This is in agreement
with the data on conductivity and complies
with the lower than that for iron impurities value of
resonance energy for cobalt impurities.
|
| issn |
0132-6414 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117050 |
| citation_txt |
Низкотемпературные проявления гибридизированных электронных состояний примесей железа в термоэдс селенида ртути / А.Т. Лончаков, В.И. Окулов, В.Л. Константинов, К.А. Окулова, С.Ю. Паранчич // Физика низких температур. — 2009. — Т. 35, № 3. — С. 295-298. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT lončakovat nizkotemperaturnyeproâvleniâgibridizirovannyhélektronnyhsostoâniiprimeseiželezavtermoédsselenidartuti AT okulovvi nizkotemperaturnyeproâvleniâgibridizirovannyhélektronnyhsostoâniiprimeseiželezavtermoédsselenidartuti AT konstantinovvl nizkotemperaturnyeproâvleniâgibridizirovannyhélektronnyhsostoâniiprimeseiželezavtermoédsselenidartuti AT okulovaka nizkotemperaturnyeproâvleniâgibridizirovannyhélektronnyhsostoâniiprimeseiželezavtermoédsselenidartuti AT parančičsû nizkotemperaturnyeproâvleniâgibridizirovannyhélektronnyhsostoâniiprimeseiželezavtermoédsselenidartuti AT lončakovat lowtemperatureeffectsofhybridizedelectronicstatesofironimpuritiesinthermoelectricpowerofmercuryselenide AT okulovvi lowtemperatureeffectsofhybridizedelectronicstatesofironimpuritiesinthermoelectricpowerofmercuryselenide AT konstantinovvl lowtemperatureeffectsofhybridizedelectronicstatesofironimpuritiesinthermoelectricpowerofmercuryselenide AT okulovaka lowtemperatureeffectsofhybridizedelectronicstatesofironimpuritiesinthermoelectricpowerofmercuryselenide AT parančičsû lowtemperatureeffectsofhybridizedelectronicstatesofironimpuritiesinthermoelectricpowerofmercuryselenide |
| first_indexed |
2025-11-25T22:20:33Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:20:33Z |
| _version_ |
1850563080954576896 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2009, ò. 35, ¹ 3, ñ. 295–298
Íèçêîòåìïåðàòóðíûå ïðîÿâëåíèÿ ãèáðèäèçèðîâàííûõ
ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé ïðèìåñåé æåëåçà â òåðìîýäñ
ñåëåíèäà ðòóòè
À.Ò. Ëîí÷àêîâ, Â.È. Îêóëîâ, Â.Ë. Êîíñòàíòèíîâ, Ê.À. Îêóëîâà
Èíñòèòóò ôèçèêè ìåòàëëîâ ÓðÎ ÐÀÍ, óë. Ñ. Êîâàëåâñêîé, 18, ã. Åêàòåðèíáóðã, 620041, Ðîññèÿ
Ñ.Þ. Ïàðàí÷è÷
×åðíîâèöêèé íàöèîíàëüíûé óíèâåðñèòåò, óë. Êîöþáèíñêîãî, 2, ã. ×åðíîâöû, 58012, Óêðàèíà
E-mail: okulov@imp.uran.ru
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 30 äåêàáðÿ 2007 ã., ïîñëå ïåðåðàáîòêè 28 îêòÿáðÿ 2008 ã.
Èññëåäîâàíà òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà òåðìîýäñ â ñåëåíèäå ðòóòè ñ ïðèìåñÿìè
æåëåçà è êîáàëüòà ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ. Â êðèñòàëëàõ ñ ïðèìåñÿìè æåëåçà ïðè êîíöåíòðàöèÿõ,
áëèçêèõ ê òåì, êîòîðûå îòâå÷àþò êîíöåíòðàöèîííîìó ìàêñèìóìó ýëåêòðîííîé ïîäâèæíîñòè, â òåìïå-
ðàòóðíîì èíòåðâàëå íèæå 25 Ê îáíàðóæåíî àíîìàëüíî ñèëüíîå óìåíüøåíèå òåðìîýäñ, êîòîðîå îáúÿñ-
íÿåòñÿ ïðîÿâëåíèåì ðåçîíàíñíîãî ðàññåÿíèÿ ýëåêòðîíîâ â ãèáðèäèçèðîâàííûõ ñîñòîÿíèÿõ íà äîíîð-
íûõ ïðèìåñÿõ æåëåçà. Ïîäãîíêà ïîëó÷åííîé òåîðåòè÷åñêîé çàâèñèìîñòè ê íàáëþäàåìîé ïîçâîëèëà
äàòü êîëè÷åñòâåííóþ èíòåðïðåòàöèþ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ è îïðåäåëèòü çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ
ãèáðèäèçèðîâàííûõ ñîñòîÿíèé, ñîãëàñóþùèåñÿ ñ íàéäåííûìè ïðè èññëåäîâàíèÿõ äðóãèõ ýôôåêòîâ. Â
êðèñòàëëàõ ñ ïðèìåñÿìè êîáàëüòà íå îáíàðóæåíî àíîìàëèé, ñâÿçàííûõ ñ ïðîÿâëåíèåì ãèáðèäèçàöèè
ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé, ÷òî ñîãëàñóåòñÿ ñ äàííûìè ïî ïðîâîäèìîñòè è îòâå÷àåò áîëåå íèçêîìó, ÷åì ó
ïðèìåñåé æåëåçà, çíà÷åíèþ ýíåðãèè ðåçîíàíñà ó ïðèìåñåé êîáàëüòà.
Äîñë³äæåíî òåìïåðàòóðíó çàëåæí³ñòü êîåô³ö³ºíòà òåðìîåðñ ó ñåëåí³ä³ ðòóò³ ç äîì³øêàìè çàë³çà é
êîáàëüòó ïðè íèçüêèõ òåìïåðàòóðàõ. Ó êðèñòàëàõ ç äîì³øêàìè çàë³çà ïðè êîíöåíòðàö³ÿõ, áëèçüêèõ äî
òèõ, ÿê³ â³äïîâ³äàþòü êîíöåíòðàö³éíîìó ìàêñèìóìó åëåêòðîííî¿ ðóõëèâîñò³, ó òåìïåðàòóðíîìó ³í-
òåðâàë³ íèæ÷å 25 Ê âèÿâëåíî àíîìàëüíî ñèëüíå çìåíøåííÿ òåðìîåðñ, ùî ïîÿñíþºòüñÿ ïðîÿâîì ðå-
çîíàíñíîãî ðîçñ³þâàííÿ åëåêòðîí³â ó ã³áðèäèçîâàíèõ ñòàíàõ íà äîíîðíèõ äîì³øêàõ çàë³çà. ϳäãîíêà
îòðèìàíî¿ òåîðåòè÷íî¿ çàëåæíîñò³ äî ñïîñòåðåæóâàíî¿ äîçâîëèëà äàòè ê³ëüê³ñíó ³íòåðïðåòàö³þ åêñ-
ïåðèìåíòàëüíèõ äàíèõ ³ âèçíà÷èòè çíà÷åííÿ ïàðàìåòð³â ã³áðèäèçîâàíèõ ñòàí³â, ùî óçãîäæóþòüñÿ ç³
çíàéäåíèìè ïðè äîñë³äæåííÿõ ³íøèõ åôåêò³â. Ó êðèñòàëàõ ç äîì³øêàìè êîáàëüòó íå âèÿâëåíî àíî-
ìàë³é, ïîâ’ÿçàíèõ ³ç ïðîÿâîì ã³áðèäèçàö³¿ åëåêòðîííèõ ñòàí³â, ùî óçãîäæóºòüñÿ ç äàíèìè ïî ïðî-
â³äíîñò³ é â³äïîâ³äຠá³ëüø íèçüêîìó, í³æ ó äîì³øîê çàë³çà, çíà÷åííþ åíåð㳿 ðåçîíàíñó ó äîì³øîê
êîáàëüòó.
PACS: 72.10.Fk Ðàññåÿíèå òî÷å÷íûìè äåôåêòàìè, äèñëîêàöèÿìè, ïîâåðõíîñòÿìè è äðóãèìè
íåñîâåðøåíñòâàìè (â òîì ÷èñëå ýôôåêò Êîíäî);
72.20.Dp Îáùàÿ òåîðèÿ, ìåõàíèçìû ðàññåÿíèÿ;
72.80.Ey Ïîëóïðîâîäíèêè III–V è II–VI ãðóïï.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ïðèìåñè ïåðåõîäíûõ ýëåìåíòîâ, òåðìîýäñ, ïëîòíîñòü ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé,
ãèáðèäèçàöèÿ ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé, ðåçîíàíñíîå ðàññåÿíèå ýëåêòðîíîâ.
Ââåäåíèå
Ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà ïîëóïðîâîäíèêîâ ñ ïðèìåñÿ-
ìè ïåðåõîäíûõ 3d-ýëåìåíòîâ ïðè íèçêèõ òåìïåðàòó-
ðàõ çàâèñÿò îò õàðàêòåðà ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé ïðè-
ìåñíûõ àòîìîâ â ïîëóïðîâîäíèêîâîé ìàòðèöå. Åñëè
äîíîðíûé óðîâåíü ïðèìåñè â ïîëóïðîâîäíèêå ïîïà-
äàåò â ïîëîñó ïðîâîäèìîñòè, òî îáðàçóþòñÿ ãèáðèäè-
© À.Ò. Ëîí÷àêîâ, Â.È. Îêóëîâ, Â.Ë. Êîíñòàíòèíîâ, Ê.À. Îêóëîâà, Ñ.Þ. Ïàðàí÷è÷, 2009
çèðîâàííûå ýëåêòðîííûå ïðèìåñíûå ñîñòîÿíèÿ, îáëà-
äàþùèå ýëåêòðîííîé ïëîòíîñòüþ êàê ëîêàëèçîâàííîé
íà ïðèìåñè, òàê è ðàñïðåäåëåííîé ïî âñåìó êðèñòàë-
ëó. Ñóùåñòâîâàíèå òàêèõ ñîñòîÿíèé ìîæåò ïðîÿâëÿòü-
ñÿ â âèäå õàðàêòåðíûõ àíîìàëèé òåìïåðàòóðíûõ è
êîíöåíòðàöèîííûõ çàâèñèìîñòåé ôèçè÷åñêèõ âåëè-
÷èí, òåîðåòè÷åñêîå îïèñàíèå êîòîðûõ ðàçâèòî â ðàáî-
òàõ [1,2]. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ òàêîãî
ðîäà àíîìàëèé áûëè íåäàâíî ïðîâåäåíû ïðèìåíè-
òåëüíî ê ïðîâîäèìîñòè, ýëåêòðîííîé òåïëîïðîâîä-
íîñòè, ìàãíèòíîé âîñïðèèì÷èâîñòè è êîýôôèöèåíòó
ïîãëîùåíèÿ óëüòðàçâóêà [3]. Îñíîâíûì îáúåêòîì äëÿ
ýêñïåðèìåíòîâ ñòàë ñåëåíèä ðòóòè ñ ïðèìåñÿìè æåëå-
çà è äðóãèõ ïåðåõîäíûõ ýëåìåíòîâ. Ãèáðèäèçàöèÿ
ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé â ñåëåíèäå ðòóòè ñ ïðèìåñÿìè
æåëåçà áûëà ïîäòâåðæäåíà ïðÿìûì ðåíòãåíîñïåê-
òðàëüíûì ýêñïåðèìåíòîì [4]. Íà íåêîòîðûõ äðóãèõ
ñèñòåìàõ áûëè îáíàðóæåíû ëèøü îòäåëüíûå çàêîíî-
ìåðíîñòè, õàðàêòåðíûå äëÿ ïðîÿâëåíèé ãèáðèäèçèðî-
âàííûõ ñîñòîÿíèé [5]. Ïðè ýòîì íå óäàëîñü, â ÷àñòíîñ-
òè, îäíîçíà÷íî îïðåäåëèòü, ñóùåñòâóåò ëè äîíîðíûé
ðåçîíàíñíûé óðîâåíü ýíåðãèè ïðèìåñåé êîáàëüòà â
ñåëåíèäå ðòóòè. Îáîñíîâàííîå îïðåäåëåíèå ïîäîá-
íûõ îñîáåííîñòåé ýëåêòðîííîé ñòðóêòóðû ïðèìåñåé
ïåðåõîäíûõ ýëåìåíòîâ òðåáóåòñÿ ïðè àíàëèçå îáðàçî-
âàíèÿ ëîêàëèçîâàííûõ ìàãíèòíûõ ìîìåíòîâ è äðóãèõ
ÿâëåíèé. Äëÿ ðåøåíèÿ ñâÿçàííûõ ñ ýòèì ïðîáëåì íå-
îáõîäèìî ïðîâåäåíèå íàèáîëåå ïîëíîé ñîâîêóïíîñòè
òàêèõ ýêñïåðèìåíòîâ, â êîòîðûõ îáíàðóæèâàåòñÿ êàð-
äèíàëüíîå âëèÿíèå ãèáðèäèçàöèè ýëåêòðîííûõ ñîñòî-
ÿíèé â íàáëþäàåìûõ çàêîíîìåðíîñòÿõ. Ê íîâûì ýêñ-
ïåðèìåíòàì òàêîãî ðîäà ïðèíàäëåæèò íàáëþäåíèå
òåìïåðàòóðíûõ çàâèñèìîñòåé òåðìîýäñ ïðè íèçêèõ
òåìïåðàòóðàõ. Â íàñòîÿùåé ðàáîòå ïðåäïðèíÿòî èñ-
ñëåäîâàíèå íèçêîòåìïåðàòóðíîé òåðìîýäñ ñåëåíèäà
ðòóòè ñ ïðèìåñÿìè æåëåçà è êîáàëüòà. Öåëü èññëåäî-
âàíèÿ — â ðàìêàõ ñðàâíèòåëüíîãî àíàëèçà äàííûõ äëÿ
ñèñòåì HgSe:Fe è HgSe:Co, ñ îäíîé ñòîðîíû, ïîäòâåð-
äèòü è ðàçâèòü ðàçðàáîòàííûå ïðåäñòàâëåíèÿ äëÿ ïåð-
âîé èç íèõ è, ñ äðóãîé ñòîðîíû, ïðîäîëæèòü ïîèñê
ïðîÿâëåíèÿ ýôôåêòîâ ãèáðèäèçàöèè âî âòîðîé.
Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòà è êîëè÷åñòâåííîé
èíòåðïðåòàöèè äàííûõ
Èçìåðåíèÿ òåðìîýäñ íà îáðàçöàõ HgSe:Fe è HgSe:Ñî
ïðîâîäèëèñü â èíòåðâàëå òåìïåðàòóð 2,5–25 Ê. Îáðàçöû
èìåëè ôîðìó ïðÿìîóãîëüíîãî ïàðàëëåëèïèïåäà ñî
ñðåäíèìè ðàçìåðàìè 1,4�2,3�10 ìì. Îñíîâíûå õà-
ðàêòåðèñòèêè èññëåäîâàííûõ îáðàçöîâ ïðèâåäåíû â
òàáë. 1.
Òåìïåðàòóðíûé ãðàäèåíò è ñðåäíÿÿ òåìïåðàòóðà
îáðàçöà èçìåðÿëèñü ïðè T � 10 Ê äâóìÿ òåðìîïàðàìè
(Àu + 0,012 % Fe)–Ñu, à ïðè T � 10 Ê — ïàðîé ãåð-
ìàíèåâûõ òåðìîìåòðîâ. Ðàññòîÿíèå ìåæäó òåìïåðà-
òóðíûìè çîíäàìè â ñðåäíåì ñîñòàâëÿëî 4,5 ìì. Èç-
ìåðÿåìàÿ ðàçíîñòü òåìïåðàòóð íå ïðåâûøàëà 10% îò
ñðåäíåé òåìïåðàòóðû îáðàçöà.
Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 1. Îíè
ïîêàçûâàþò, ÷òî òåðìîýäñ �(T) îáðàçöà HgSe:Ñî ëè-
íåéíî óáûâàåò ïðè óìåíüøåíèè T íèæå 15 Ê, äîïóñêàÿ
ýêñòðàïîëÿöèþ ê íóëþ ïðè T � 0, êàê ýòî è äîëæíî
áûòü äëÿ òåìïåðàòóðíîãî ïîâåäåíèÿ òåðìîýäñ â ñëó-
÷àå âûðîæäåííîãî ãàçà íîñèòåëåé çàðÿäà. Ñ äðóãîé
ñòîðîíû, â îáîèõ îáðàçöàõ HgSe:Fe, â êîòîðûõ ýëåê-
òðîííûé ãàç òàêæå âûðîæäåí, íàáëþäàåòñÿ ñóùåñò-
âåííûé ðîñò �(T) ñ ïîíèæåíèåì T (ðèñ. 1). Òàêèì
îáðàçîì, îáíàðóæåíî, ÷òî õàðàêòåð òåìïåðàòóðíîé çà-
âèñèìîñòè òåðìîýäñ â êðèñòàëëàõ HgSe:Fe è HgSe:Ñî
ïðè äîñòàòî÷íî íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ îïðåäåëÿåòñÿ
ñîðòîì 3d-èîíîâ, à íå èõ êîíöåíòðàöèåé. Ñòîëü ñó-
ùåñòâåííîå ðàçëè÷èå â òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè
òåðìîýäñ äëÿ êðèñòàëëîâ HgSe:Fe è HgSe:Ñî åñòåñò-
296 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2009, ò. 35, ¹ 3
À.Ò. Ëîí÷àêîâ, Â.È. Îêóëîâ, Â.Ë. Êîíñòàíòèíîâ, Ê.À. Îêóëîâà, Ñ.Þ. Ïàðàí÷è÷
Òàáëèöà 1. Ïàðàìåòðû èññëåäîâàííûõ îáðàçöîâ
¹
î
á
ð
àç
ö
à
Ëåãèðóþùàÿ
ïðèìåñü
Êîíöåíòðàöèÿ
ïðèìåñè,
1020 ñì–3
Êîíöåíòðàöèÿ
ýëåêòðîíîâ,
1018 ñì–3
(4,2 Ê)
Ïîäâèæíîñòü
ýëåêòðîíîâ,
104 ñì2
/(·ñ)
(4,2 Ê)
1 Fe 0,1 4,6 10,5
2 Fe 2 5,05 4,85
3 Co 2 1,1 2,45
0 5 10 15 20 25
5
10
15
20
1
2
3
T, K
–
,
/K
�
ì
ê
Â
Ðèñ. 1. Çàâèñèìîñòü òåðìîýäñ îò òåìïåðàòóðû äëÿ îáðàç-
öîâ HgSe:Fe è HgSe:Ñî. Öèôðû ó ñèìâîëîâ îçíà÷àþò íî-
ìåðà îáðàçöîâ â òàáë. 1.
âåííî ñâÿçàòü ñ ðàçëè÷èåì ñâîéñòâ èîíîâ æåëåçà è êî-
áàëüòà â ñåëåíèäå ðòóòè. Ïðèìåñü æåëåçà îáðàçóåò
ðåçîíàíñíûé äîíîðíûé óðîâåíü â ïîëîñå ïðîâîäèìîñ-
òè, ðàñïîëîæåííûé íà 220 ìýÂ âûøå åå äíà. Â ýòîì
ñëó÷àå ñóùåñòâåííûì ÿâëÿåòñÿ ðåçîíàíñíîå ðàññåÿ-
íèå ýëåêòðîíîâ, êîòîðîå îòâå÷àåò ãèáðèäèçàöèè ïðè-
ìåñíûõ ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé è ïðèâîäèò ê àíî-
ìàëèÿì ðÿäà êèíåòè÷åñêèõ è òåðìîäèíàìè÷åñêèõ
êîýôôèöèåíòîâ â HgSe:Fe, íàèáîëåå ÿðêàÿ èç êîòîðûõ
— ìàêñèìóì ïîäâèæíîñòè ýëåêòðîíîâ [3]. Âìåñòå ñ
òåì, â ýëåêòðîïðîâîäíîñòè è ýôôåêòå Õîëëà íå áûëî
îáíàðóæåíî ïðîÿâëåíèé ðåçîíàíñíîãî äîíîðíîãî
óðîâíÿ êîáàëüòà â HgSe. Ïðè÷èíà ýòîãî ìîæåò çàêëþ-
÷àòüñÿ â ìàëîé âåëè÷èíå ýíåðãèè ïðèìåñíîãî äîíîð-
íîãî óðîâíÿ Ñî â HgSe ïî ñðàâíåíèþ ñ ýíåðãèåé äî-
íîðíîãî óðîâíÿ æåëåçà, â ðåçóëüòàòå ÷åãî ïèê
ïëîòíîñòè ðåçîíàíñíûõ ñîñòîÿíèé â HgSe:Ñî îêàçû-
âàåòñÿ ïîëíîñòüþ çàïîëíåííûì çà ñ÷åò íåêîíòðîëèðó-
åìûõ (ñîáñòâåííûõ) ýëåêòðîíîâ ñåëåíèäà ðòóòè, êîí-
öåíòðàöèÿ êîòîðûõ ìîæåò ñîñòàâëÿòü (1–2)·10
18
ñì
–3
.
 ñåëåíèäå ðòóòè ñ ïðèìåñÿìè æåëåçà òàêàÿ ñèòóàöèÿ
ðåàëèçóåòñÿ ïðè äîïîëíèòåëüíîì ëåãèðîâàíèè êðèñ-
òàëëà ìåëêèìè äîíîðàìè, íàïðèìåð ãàëëèåì ñ êîíöåí-
òðàöèåé � 10
19
ñì
–3
, ÷òî ïðèâîäèò ê èñ÷åçíîâåíèþ ðå-
çîíàíñíûõ îñîáåííîñòåé â ÿâëåíèÿõ ïåðåíîñà [6].
Äëÿ îáúÿñíåíèÿ àíîìàëüíîãî ðîñòà òåðìîýäñ â
HgSe:Fe ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ íàìè áûë ðàñ-
ñ÷èòàí êèíåòè÷åñêèé êîýôôèöèåíò � = �� ñ ó÷åòîì
ãèáðèäèçàöèè ýëåêòðîííûõ ïðèìåñíûõ è ñâîáîäíûõ
ñîñòîÿíèé. Ñðàâíåíèå ïîëó÷åííûõ òåîðåòè÷åñêèõ çà-
âèñèìîñòåé ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè ïðîâåäåíî äëÿ
íàèáîëåå àêòóàëüíîãî ñëó÷àÿ, êîãäà ýíåðãèÿ Ôåðìè
áëèçêà ê ðåçîíàíñíîé ýíåðãèè, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò êîí-
öåíòðàöèè ïðèìåñåé NFe = 1·10
19
ñì
–3
(îáðàçåö 1).
Èñõîäíàÿ ôîðìóëà äëÿ êèíåòè÷åñêîãî êîýôôèöèåí-
òà � âûãëÿäèò ñëåäóþùèì îáðàçîì:
�
�
�
�
� � �
�
�
�
�
�
�
�
�
�
k e
T
d
f
lF
F
2
2
0
3
1
�
( ) ( ), (1)
ãäå kF — ôåðìèåâñêèé âîëíîâîé âåêòîð; T — òåì-
ïåðàòóðà â ýíåðãåòè÷åñêèõ åäèíèöàõ; f — ôóíêöèÿ
Ôåðìè îò ýíåðãèè �; l(�) — äëèíà ñâîáîäíîãî ïðîáå-
ãà ýëåêòðîíîâ, êîòîðàÿ â ýíåðãåòè÷åñêîì èíòåðâàëå
�r– � � � < �r + � âáëèçè ðåçîíàíñíîé ýíåðãèè �r èìååò
âèä
l
l a
a r
( )
sin [ ( ) ]
�
� � �
�
0
2
,
l0 — ïîñòîÿííàÿ äëèíà ñâîáîäíîãî ïðîáåãà âíå ðåçî-
íàíñíîãî èíòåðâàëà,
� �
� � � � �
r
r r
sm
( ) �
�
�
�
�
� �
2
arctg
� �
— ðåçîíàíñíàÿ ôàçà ðàññåÿíèÿ, a, � — ïàðàìåòðû, õà-
ðàêòåðèçóþùèå íåðåçîíàíñíîå ðàññåÿíèå, � — øèðè-
íà ðåçîíàíñíîãî óðîâíÿ, � — øèðèíà ðåçîíàíñíîãî
èíòåðâàëà (� >> �),
1 1
2� �
�
�sm
�
�
�
�
�
�
arctg .
Íà ðèñ. 2 ïðåäñòàâëåí ðåçóëüòàò ïîäãîíêè ôîðìó-
ëîé (1) ýêñïåðèìåíòàëüíîé òåìïåðàòóðíîé çàâèñè-
ìîñòè â îáëàñòè àíîìàëüíîãî óìåíüøåíèÿ òåðìîýäñ.
Ñïëîøíàÿ ëèíèÿ — ïîäãîíî÷íàÿ êðèâàÿ, ïîëó÷åííàÿ
ïî ôîðìóëå (1), òî÷êè — ýêñïåðèìåíòàëüíûå çíà÷åíèÿ
òåðìîýäñ, óìíîæåííûå íà ñîîòâåòñòâóþùèå çíà÷åíèÿ
ïðîâîäèìîñòè. Ïîëó÷åíû ñëåäóþùèå çíà÷åíèÿ ïîäãî-
íî÷íûõ ïàðàìåòðîâ: � = 5 Ê, � = 100 Ê, � = 0,1, � = 0,5,
îíè ñîãëàñóþòñÿ ñ äàííûìè, ïîëó÷åííûìè â ðàáî-
òå [3]. Òàêèì îáðàçîì, îêàçàëîñü, ÷òî âïåðâûå îáíà-
ðóæåííàÿ íàìè íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ àíîìàëèÿ òåð-
ìîýäñ, îáóñëîâëåííàÿ âëèÿíèåì ïðèìåñåé æåëåçà,
âïîëíå óäîâëåòâîðèòåëüíî îáúÿñíÿåòñÿ ïðîÿâëåíèåì
ðåçîíàíñíîãî ðàññåÿíèÿ ýëåêòðîíîâ è ãèáðèäèçàöèåé
ïðèìåñíûõ ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé. Ôèçè÷åñêèé ìå-
õàíèçì, ïðèâîäÿùèé ê àíîìàëüíîìó ïàäåíèþ òåðìî-
ýäñ ñ òåìïåðàòóðîé, îïðåäåëÿåòñÿ ïåðåðàñïðåäåëåíè-
åì ýëåêòðîííîé ïëîòíîñòè ìåæäó ëîêàëèçîâàííûìè
è äåëîêàëèçîâàííûìè ñîñòîÿíèÿìè, ïðèâîäÿùèì ê
âîçðàñòàíèþ äîëè ëîêàëèçàöèè ïðè âîçðàñòàíèè òåì-
ïåðàòóðû. Òîò æå ìåõàíèçì îáåñïå÷èâàåò ïîÿâëåíèå
íèçêîòåìïåðàòóðíîãî ìàêñèìóìà ýëåêòðîííîé òåï-
ëîïðîâîäíîñòè [3]. Â ýòîì ïðîÿâëÿåòñÿ åäèíàÿ îñíîâà
äëÿ îáúÿñíåíèÿ âñåé ñîâîêóïíîñòè ÿâëåíèé, îáóñëîâ-
ëåííûõ ãèáðèäèçàöèåé ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé íà
ïðèìåñÿõ æåëåçà.
Ýôôåêòû ãèáðèäèçàöèè ñîñòîÿíèé â òåðìîýäñ ñåëåíèäà ðòóòè ñ ïðèìåñÿìè æåëåçà
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2009, ò. 35, ¹ 3 297
0 10 20 30 40
40
80
120
160
200
T, K
�
�
� (
ì
ê
Â
)(
Î
ì
·ñ
ì
)
/K
–
1
Ðèñ. 2. Ïîäãîíêà òåîðåòè÷åñêîé òåìïåðàòóðíîé çàâèñè-
ìîñòè êîýôôèöèåíòà � (ôîðìóëà (1)) äëÿ êðèñòàëëà HgSe
ñ êîíöåíòðàöèåé æåëåçà 1·10
19
ñì
–3
. Ñèìâîëû — ýêñïåðè-
ìåíòàëüíûå çíà÷åíèÿ, ñïëîøíàÿ êðèâàÿ ïîñòðîåíà ïî
ôîðìóëå (1) ñ ïàðàìåòðàìè � = 5 Ê, � = 100 Ê, � = 0,1, � =
= 0,5.
Âûâîäû
 óçêîì íèçêîòåìïåðàòóðíîì èíòåðâàëå íàáëþ-
äàëîñü àíîìàëüíîå ñïàäàíèå òåìïåðàòóðíîé çàâèñè-
ìîñòè òåðìîýäñ ñåëåíèäà ðòóòè ñ ïðèìåñÿìè æåëåçà,
îòñóòñòâóþùåå â êðèñòàëëå ñ ïðèìåñÿìè êîáàëüòà.
Ïîêàçàíî, ÷òî ýòîò ýôôåêò îáúÿñíÿåòñÿ ïðîÿâëåíèåì
ðåçîíàíñíîãî ðàññåÿíèÿ ýëåêòðîíîâ, îòâå÷àþùåãî
ãèáðèäèçàöèè ïðèìåñíûõ ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé â
ïîëîñå ïðîâîäèìîñòè êðèñòàëëà. Âûïîëíåííàÿ êî-
ëè÷åñòâåííàÿ èíòåðïðåòàöèÿ íàáëþäàåìîé àíîìàëèè
ïðèâåëà ê ïîäòâåðæäåíèþ òåîðåòè÷åñêèõ ïðåäñòàâëå-
íèé î ðîëè ýôôåêòîâ ãèáðèäèçàöèè. Â ñåëåíèäå ðòóòè
ñ ïðèìåñÿìè êîáàëüòà ïðîÿâëåíèé ðåçîíàíñíîãî äî-
íîðíîãî óðîâíÿ â òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè òåðìî-
ýäñ íå îáíàðóæåíî.
Ðàáîòà âûïîëíåíà ïðè ïîääåðæêå Ðîññèéñêîãî
ôîíäà ôóíäàìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé, ãðàíò
¹06-02-16919.
1. Â.È. Îêóëîâ, ÔÍÒ 30, 1194 (2004).
2. Â.È. Îêóëîâ, ÔÌÌ 100, 23 (2005).
3. Â.È. Îêóëîâ, Ò.Å. Ãîâîðêîâà, Â.Â. Ãóäêîâ, È.Â. Æåâ-
ñòîâñêèõ, À.Â. Êîðîëåâ, À.Ò. Ëîí÷àêîâ, Ê.À. Îêóëîâà,
Å.À. Ïàìÿòíûõ, Ñ.Þ. Ïàðàí÷è÷, ÔÍÒ 33, 282 (2007).
4. Â.È. Îêóëîâ, Ë.Ä. Ñàáèðçÿíîâà, Ý.Ç. Êóðìàåâ, Ë.Ä.
Ôèíêåëüøòåéí, Ï.Ô. Êàðèìîâ, À. Ìóâåñ, Ñ.Þ. Ïàðàí-
÷è÷, Ïèñüìà â ÆÝÒÔ 81, 80 (2005).
5. Â.È. Îêóëîâ, À.Â. Êîðîëåâ, À.Ò. Ëîí÷àêîâ, À.Â. Ãåð-
ãåðò, Ò.Å. Ãîâîðêîâà, Ë.Ä. Ñàáèðçÿíîâà, Ñ.Þ. Ïàðàí-
÷è÷, Ì.Ä. Àíäðèé÷óê, Â.Ð. Ðîìàíþê, ÔÍÒ 31, 1143
(2005).
6. C. Skierbiszewski, Z. Wilamowsri, T. Susri, J. Kossut, and
B. Witkowska, Semicond. Sci. Technol. 8, S40 (1993).
Low-temperature effects of hybridized
electronic states of iron impurities
in thermoelectric power of mercury selenide
A.T. Lonchakov, V.I. Okulov, V.L. Konstantinov,
K.A. Okulova, and S.Yu. Paranchich
The temperature dependence of thermoelectric
power coefficient has been studied in mercury se-
lenide with iron and cobalt impurities at low tem-
peratures. The crystals with iron concentrations
close to those which conform to the concentration
maximum of electron mobility display an anoma-
lous increase of thermoelectric power coefficient at
temperatures below 25 K. This increase is suppos-
ed to be due to the resonance scattering of elec-
trons in hybridized states by iron donor impurities.
The fitting of the previously obtained theoretical
dependence to the observed one allowed us to in-
terpret quantitatively the experimental data and to
determine the values of hybridized states parame-
ters that are in agreement with the values found in
studies of other effects. The crystals with cobalt
impurities display no anomalies due to the effects
of electronic state hybridization. This is in agree-
ment with the data on conductivity and complies
with the lower than that for iron impurities value of
resonance energy for cobalt impurities.
PACS: 72.10.Fk Scattering by point defects, dis-
locations, surfaces, and other imperfec-
tions (including Kondo effect);
72.20.Dp General theory, scattering me-
chanisms;
72.80.Ey III–V and II–VI semiconductors.
Keywords: impurities of transition elements, ther-
moelectric power, electronic state density, electro-
nic state hybridization, resonance scattering of
electrons.
298 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2009, ò. 35, ¹ 3
À.Ò. Ëîí÷àêîâ, Â.È. Îêóëîâ, Â.Ë. Êîíñòàíòèíîâ, Ê.À. Îêóëîâà, Ñ.Þ. Ïàðàí÷è÷
|