Температурное поведение края фундаментального поглощения света в квазидвумерном кристалле MnPS₃

Проведены измерения спектров поглощения света в слоистом полупроводнике MnPS₃ в диапазоне температур 12–160 К, охватывающем температуру магнитного упорядочения. Показано, что коэффициент межзонного поглощения света хорошо описывается в рамках модели для прямых разрешенных переходов в трехмерных сое...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Пирятинская, В.Г., Качур, И.С., Славин, В.В., Еременко, А.В., Высочанский, Ю.М.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України 2012
Назва видання:	Физика низких температур
Теми:	К 80-летию Виктора Валентиновича Еременко
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117619
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Температурное поведение края фундаментального поглощения света в квазидвумерном кристалле MnPS₃ / В.Г. Пирятинская, И.С. Качур, В.В. Славин, А.В. Еременко, Ю.М. Высочанский // Физика низких температур. — 2012. — Т. 38, № 9. — С. 1097-1101 . — Бібліогр.: 30 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-117619
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1176192025-02-10T00:19:16Z Температурное поведение края фундаментального поглощения света в квазидвумерном кристалле MnPS₃ Temperature behavior of fundamental absorption edge in quasi-two-dimensional MnPS₃ crystal Пирятинская, В.Г. Качур, И.С. Славин, В.В. Еременко, А.В. Высочанский, Ю.М. К 80-летию Виктора Валентиновича Еременко Проведены измерения спектров поглощения света в слоистом полупроводнике MnPS₃ в диапазоне температур 12–160 К, охватывающем температуру магнитного упорядочения. Показано, что коэффициент межзонного поглощения света хорошо описывается в рамках модели для прямых разрешенных переходов в трехмерных соединениях, а увеличение температуры приводит к эффективному уменьшению ширины запрещенной зоны. Предложена теоретическая модель, описывающая оптические переходы в кристалле MnPS₃. Сравнение экспериментальных и теоретических данных свидетельствует об адекватности выбранной модели. Проведено вимірювання спектрів поглинання світла в шаруватому напівпровіднику MnPS₃ в діапазоні температур 12–160 К, що охоплює температуру магнітного впорядкування. Показано, що коефіцієнт міжзонного поглинання світла добре описується в рамках моделі для прямих дозволених переходів в тривимірних сполуках, а збільшення температури приводить до ефективного зменшення ширини забороненої зони. Запропоновано теоретичну модель, що описує оптичні переходи в кристалі MnPS₃. Порівняння експериментальних і теоретичних даних свідчить про адекватність вибраної моделі. The light absorption spectra of the layered semiconductor MnPS₃ are measured in the temperature range 12–160 K, which covers the temperature of magnetic ordering. It is shown that the interband light absorption coefficient can be described well in the frameworks of three-dimensional model for direct allowed transitions, while an increase in temperature leads only to a decrease of effective energy gap. A theoretical model is proposed to describe the optical transition in the crystal. A comparison between experimental and theoretical data indicates that the chosen model is adequate. 2012 Article Температурное поведение края фундаментального поглощения света в квазидвумерном кристалле MnPS₃ / В.Г. Пирятинская, И.С. Качур, В.В. Славин, А.В. Еременко, Ю.М. Высочанский // Физика низких температур. — 2012. — Т. 38, № 9. — С. 1097-1101 . — Бібліогр.: 30 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 78.40.–q, 78.40.Fy, 75.50.Ee https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117619 ru Физика низких температур application/pdf Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	К 80-летию Виктора Валентиновича Еременко К 80-летию Виктора Валентиновича Еременко
spellingShingle	К 80-летию Виктора Валентиновича Еременко К 80-летию Виктора Валентиновича Еременко Пирятинская, В.Г. Качур, И.С. Славин, В.В. Еременко, А.В. Высочанский, Ю.М. Температурное поведение края фундаментального поглощения света в квазидвумерном кристалле MnPS₃ Физика низких температур
description	Проведены измерения спектров поглощения света в слоистом полупроводнике MnPS₃ в диапазоне температур 12–160 К, охватывающем температуру магнитного упорядочения. Показано, что коэффициент межзонного поглощения света хорошо описывается в рамках модели для прямых разрешенных переходов в трехмерных соединениях, а увеличение температуры приводит к эффективному уменьшению ширины запрещенной зоны. Предложена теоретическая модель, описывающая оптические переходы в кристалле MnPS₃. Сравнение экспериментальных и теоретических данных свидетельствует об адекватности выбранной модели.
format	Article
author	Пирятинская, В.Г. Качур, И.С. Славин, В.В. Еременко, А.В. Высочанский, Ю.М.
author_facet	Пирятинская, В.Г. Качур, И.С. Славин, В.В. Еременко, А.В. Высочанский, Ю.М.
author_sort	Пирятинская, В.Г.
title	Температурное поведение края фундаментального поглощения света в квазидвумерном кристалле MnPS₃
title_short	Температурное поведение края фундаментального поглощения света в квазидвумерном кристалле MnPS₃
title_full	Температурное поведение края фундаментального поглощения света в квазидвумерном кристалле MnPS₃
title_fullStr	Температурное поведение края фундаментального поглощения света в квазидвумерном кристалле MnPS₃
title_full_unstemmed	Температурное поведение края фундаментального поглощения света в квазидвумерном кристалле MnPS₃
title_sort	температурное поведение края фундаментального поглощения света в квазидвумерном кристалле mnps₃
publisher	Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
publishDate	2012
topic_facet	К 80-летию Виктора Валентиновича Еременко
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117619
citation_txt	Температурное поведение края фундаментального поглощения света в квазидвумерном кристалле MnPS₃ / В.Г. Пирятинская, И.С. Качур, В.В. Славин, А.В. Еременко, Ю.М. Высочанский // Физика низких температур. — 2012. — Т. 38, № 9. — С. 1097-1101 . — Бібліогр.: 30 назв. — рос.
series	Физика низких температур
work_keys_str_mv	AT pirâtinskaâvg temperaturnoepovedeniekraâfundamentalʹnogopogloŝeniâsvetavkvazidvumernomkristallemnps3 AT kačuris temperaturnoepovedeniekraâfundamentalʹnogopogloŝeniâsvetavkvazidvumernomkristallemnps3 AT slavinvv temperaturnoepovedeniekraâfundamentalʹnogopogloŝeniâsvetavkvazidvumernomkristallemnps3 AT eremenkoav temperaturnoepovedeniekraâfundamentalʹnogopogloŝeniâsvetavkvazidvumernomkristallemnps3 AT vysočanskiiûm temperaturnoepovedeniekraâfundamentalʹnogopogloŝeniâsvetavkvazidvumernomkristallemnps3 AT pirâtinskaâvg temperaturebehavioroffundamentalabsorptionedgeinquasitwodimensionalmnps3crystal AT kačuris temperaturebehavioroffundamentalabsorptionedgeinquasitwodimensionalmnps3crystal AT slavinvv temperaturebehavioroffundamentalabsorptionedgeinquasitwodimensionalmnps3crystal AT eremenkoav temperaturebehavioroffundamentalabsorptionedgeinquasitwodimensionalmnps3crystal AT vysočanskiiûm temperaturebehavioroffundamentalabsorptionedgeinquasitwodimensionalmnps3crystal
first_indexed	2025-12-02T03:04:04Z
last_indexed	2025-12-02T03:04:04Z
_version_	1850364056616042496
fulltext	© В.Г. Пирятинская, И.С. Качур, В.В. Славин, А.В. Еременко, Ю.М. Высочанский, 2012 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2012, т. 38, № 9, c. 1097–1101 Температурное поведение края фундаментального поглощения света в квазидвумерном кристалле MnPS3 В.Г. Пирятинская, И.С. Качур, В.В. Славин, А.В. Еременко Физико-технический институт низких температур им. Б.И. Веркина НАН Украины пр. Ленина, 47, г. Харьков, 61103, Украина E-mail: piryatinskaya@ilt.kharkov.ua Ю.М. Высочанский Ужгородский национальный университет, ул. Пидгирна, 46, г. Ужгород, 88000, Украина Статья поступила в редакцию 9 июня 2012 г. Проведены измерения спектров поглощения света в слоистом полупроводнике MnPS3 в диапазоне температур 12–160 К, охватывающем температуру магнитного упорядочения. Показано, что коэффици- ент межзонного поглощения света хорошо описывается в рамках модели для прямых разрешенных пере- ходов в трехмерных соединениях, а увеличение температуры приводит к эффективному уменьшению ширины запрещенной зоны. Предложена теоретическая модель, описывающая оптические переходы в кристалле MnPS3. Сравнение экспериментальных и теоретических данных свидетельствует об адекват- ности выбранной модели. Проведено вимірювання спектрів поглинання світла в шаруватому напівпровіднику MnPS3 в діапазоні температур 12–160 К, що охоплює температуру магнітного впорядкування. Показано, що коефіцієнт між- зонного поглинання світла добре описується в рамках моделі для прямих дозволених переходів в триви- мірних сполуках, а збільшення температури приводить до ефективного зменшення ширини забороненої зони. Запропоновано теоретичну модель, що описує оптичні переходи в кристалі MnPS3. Порівняння експериментальних і теоретичних даних свідчить про адекватність вибраної моделі. PACS: 78.40.–q Спектры поглощения и отражения; видимые и ультрафиолетовые; 78.40.Fy Полупроводники; 75.50.Ee Антиферромагнетики. Ключевые слова: спектр поглощения света, слоистые полупроводники, коэффициент межзонного погло- щения света. Введение MnPS3 принадлежит к семейству кристаллов MPX3 (M — переходной металл, X = S или Se), которые впер- вые синтезированы в 70-х гг. [1,2]. Эти соединения об- ладают выраженными квазидвумерными свойствами с точки зрения кристаллической структуры. Слоистая структура со слабым ван-дер-ваальсовским взаимодей- ствием между слоями дает возможность интеркалиро- вать эти кристаллы различными ионами, в частности ионами лития, что открывает перспективу создания ли- тиевых батарей большой энергоемкости [3,4]. Академический интерес к исследованию MnPS3 обусловлен тем, что это соединение переходит в анти- ферромагнитное состояние при охлаждении ниже ТN = = 78 К [5,6] и представляет собой квазидвумерную магнитную систему с необычным (в виде сот) распо- ложением магнитных ионов в слое. Кристалл также обладает полупроводниковыми свойствами, о чем сви- детельствуют исследования электропроводности и фо- топроводимости [7]. Кристаллическая структура MnPS3 моноклинная; пространственная группа симметрии C2/m; параметры элементарной ячейки при комнатной температуре: a = = 6,077 Å; b = 10,524 Å; c = 6,796 Å; β = 107,35° [8]. Спектры оптического поглощения MnPS3 исследо- ваны в широком интервале температур [9]. В видимой области спектра при Т = 10 К наблюдались три полосы В.Г. Пирятинская, И.С. Качур, В.В. Славин, А.В. Еременко, Ю.М. Высочанский 1098 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2012, т. 38, № 9 поглощения, соответствующие электронным перехо- дам в 3d-оболочке Mn2+ (конфигурация 3d5). В облас- ти оптического перехода 6A1g(6S) → 4A1g,4Eg(4G) обна- ружена тонкая экситон-магнонная структура спектра [10], подобная той, что наблюдается в антиферромаг- нитных диэлектриках (см., например, [11]). В отличие от спектров антиферромагнитных диэлектриков, в спектре MnPS3 край фундаментального поглощения света расположен в видимой области спектра (Egap = = 2,96 эВ при 10 К [9]). Это дает основание отнести данный кристалл к широкозонным полупроводникам. Природа края поглощения связывается с оптическими переходами с переносом заряда из валентной зоны, образованной 3pxpy электронами серы, в локализован- ное основное состояние Mn2+ [9]. В настоящей работе исследованы форма края фун- даментального поглощения и его поведение в диапазо- не температур, охватывающем температуру магнитно- го упорядочения. Методика эксперимента Монокристаллы MnPS3 выращивали из газовой фа- зы методом сублимации. В качестве исходных веществ использованы элементарные компоненты Mn, P и S вы- сокой чистоты. Процесс проводился в вакуумирован- ных кварцевых ампулах при температурах горячей зоны 650 °С и холодной 550 °С. Методика измерений подробно описана в предыду- щей статье [10]. Отметим только, что в отличие от ра- боты [10], в которой использовались монокристаллы толщиной 80–150 мкм, для исследования края фунда- ментального поглощения потребовались более тонкие образцы. Их приготавливали методом отрыва тонкой пластинки от монокристалла с помощью клейкой лен- ты, подобно получению тонких слоев углерода [12]. Образец, на котором проводились измерения в данной работе, имел толщину ~ 0,6 мкм (толщина определена из сравнения оптической плотности на частоте 24000 см–1 с образцом известной толщины — 10 мкм). Исследования спектров проводились в неполяризо- ванном свете с направлением волнового вектора пер- пендикулярно плоскости слоев (k ⊥ ab). Коэффициент поглощения света вычислялся на ос- нове измерений коэффициентов пропускания и отра- жения (см., например, [13]). Наши измерения спектра отражения показали, что коэффициент отражения практически постоянный в исследуемом спектральном диапазоне (22000–28000 см–1). Абсолютное значение коэффициента отражения (0,25) определено путем сравнения измеренного нами спектра отражения с дан- ными, приведенными в работе [14], в районе частоты 32000 см–1. Результаты и обсуждение На рис. 1(а) представлена серия спектральных за- висимостей коэффициента поглощения света MnPS3 при различных значениях температуры в диапазоне 10–150 К. Край интенсивного поглощения света при низких температурах начинается в области энергий E > 23000 cм–1; при повышении температуры положе- ние края смещается в область более низких энергий. Зависимость коэффициента поглощения от энергии имеет вид корневой зависимости (см. рис. 1(а)), что ха- рактерно для прямых разрешенных переходов в трех- мерных полупроводниках. Как показано в [7,9], интенсивное поглощение света в видимой области спектра в MnPS3 обусловлено оп- тическими переходами с переносом заряда из валент- ной зоны 3pxpy в слабодиспергирующее состояние Mn2+–6A1g. Такие переходы действительно являются разрешенными. В трехмерных полупроводниках для прямых разре- шенных переходов коэффициент межзонного погло- щения света (КМПС) имеет вид [15] ( ) ( )g g AK E E E E E E θ= − − , (1) Рис. 1. (а) Спектры поглощения света MnPS3 в области фун- даментального края при различных температурах; (б) то же в координатах 2( ) ( ( ) )F E K E E= . 0 20000 40000 22000 24000 26000 28000 0 5,0·10 17 1,0·10 18 1,5·10 18 (а) 12 К 40 К 75 К 100 К 160 К (б) 12 К 40 К 75 К 100 К 160 К E, см –1 Температурное поведение края фундаментального поглощения света в квазидвумерном кристалле MnPS3 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2012, т. 38, № 9 1099 где A — константа, зависящая от микроскопических свойств материала, Eg — ширина запрещенной зоны, E — энергия фотона, ( )xθ — функция Хэвисайда. Из формулы (1) видно, что экспериментальные результа- ты удобно анализировать, перестроив их в переменных 2( ) ( ( ) )F E K E E= . В этом случае трехмерному поведе- нию КМПС будет соответствовать линейная зависи- мость F(E). На рис. 1(б) представлены эксперимен- тальные результаты в указанных выше переменных для различных температур. Для каждой кривой наблю- дается хорошо выраженный линейный ход при энерги- ях бóльших Eg. Таким образом, зависимость КМПС от энергии в MnPS3 хорошо описывается в рамках трехмерной мо- дели (для двумерной модели характерна линейная за- висимость КМПС от энергии [16]). Возможно, это свя- зано с тем, что в квазидвумерных кристаллах диспер- сия по одному из направлений мала, но отлична от нуля. В результате при малых значениях квазиимпуль- са k зоны можно рассматривать как параболические. Это означает, что при небольших значениях коэффи- циента поглощения применима формула (1), а откло- нение от нее, связанное с квазидвумерностью кристалла, может проявляться с ростом коэффициента погло- щения. Отметим, что аналогичный (трехмерный) ха- рактер спектральной зависимости края поглощения наблюдался и в слоистом кристалле CuInP2S6 [17]. В области частот gE E< (так называемый «хвост» межзонного поглощения света) оптические переходы возможны как за счет фононов, так и примесей и де- фектов, если спектр состояний последних находится в запрещенной зоне [18–22]. С повышением температу- ры вклад первого процесса растет, что приводит к экс- поненциальной зависимости коэффициента поглоще- ния света (так называемое правило Урбаха) [23–25]. В низкотемпературной же области вклад переходов, обу- словленных примесями и дефектами, может оказаться доминирующим. В этом случае температура влияет лишь на эффективное значение щели Eg, а сама форма «хвоста» межзонного поглощения света почти не зави- сит от температуры и может быть вычислена при по- мощи метода, предложенного в работах [18–20]. Как показано в этих работах, плотность состояний в за- прещенной области можно записать в виде 2 0 0 0 ( ) expg g ε ε ε ε ε ⎛ ⎞⎛ ⎞ = −⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ , (2) где 0g — константа, а 0ε — характерная энергия де- фектов в кристалле. Заменяя E в (1) на E ε+ и интег- рируя по ε с плотностью состояний (2), получаем вы- ражение для коэффициента межзонного поглощения света, которое справедливо как при gE E≥ , так и при gE E< : 2 00 ( ) ( ) exp .g g AK E E E E E d E εε θ ε ε ε ε ∞ ⎛ ⎞ = − + − + −⎜ ⎟⎝ ⎠∫ (3) Учитывая, что частота электронных переходов на не- сколько порядков выше характерных частот фононов, можно в адиабатическом приближении получить зави- симость энергетической щели Eg от температуры [26]: 1 0 0( ) exp 1g g B E T E B K T ω −⎛ ⎞⎛ ⎞ = − −⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠ . (4) Здесь 0 gE — величина энергетической щели при нуле температур, 0ω — частота фонона, дающего основной вклад в изменение Eg(T), B — параметр Фэна, завися- щий от величины электрон-фононного взаимодействия в кристалле [26,27]. На основе анализа полученных результатов по- строена зависимость Eg(T) (см. рис. 2). Аппроксимация этих данных формулой (4) позволила определить энер- гию фонона, дающего основной вклад в изменение щели. Эта энергия оказалась приблизительно равной 50 см–1. Согласно расчетам [28], такие энергии харак- терны для акустических фононов на границе зоны Бриллюэна в MnPS3. Тепловое расширение кристалла также приводит к изменению Eg(T), однако, как показано в [26], вклад этого процесса обычно невелик и в первом приближе- нии им можно пренебречь. Это подтверждается срав- нением наших результатов с данными по тепловому расширению кристалла MnPS3 вдоль оси с в темпера- турном интервале 5–150 К, полученными методом рентгеновской дифракции [29]. Как показано в данной работе, параметр c испытывает заметный скачок вбли- зи температуры магнитного упорядочения (ТN = 78 К). В то же время на температурной зависимости Eg вбли- зи ТN наблюдается слабо выраженная особенность, ко- Рис. 2. Зависимость относительного изменения энергетиче- ской щели Eg от температуры. Сплошная линия соответству- ет аппроксимации по формуле (4). 0,96 0,97 0,98 0,99 1,00 E E g g / 0 0 50 100 150 В.Г. Пирятинская, И.С. Качур, В.В. Славин, А.В. Еременко, Ю.М. Высочанский 1100 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2012, т. 38, № 9 торая укладывается в пределы экспериментального раз- броса точек. Сопоставляя эти результаты, приходим к выводу об очень слабом влиянии теплового расшире- ния на температурные изменения энергетической щели Eg. Зависимость Eg(T) в основном определяется элек- трон-фононным взаимодействием. Аппроксимация наиболее низкотемпературного спектра поглощения (T = 12 К) теоретической зависимо- стью (3) дает наилучший результат при 0 21ε = см–1. Важно заметить, что 0ε — единственный подгоноч- ный параметр. Кроме того, 0ε зависит только от свойств конкретного образца и не зависит от темпера- туры. Поэтому вся серия спектров поглощения аппрок- симировалась функцией (3) с единым значением 0ε . Остальные два параметра (A и Eg) находятся непосред- ственно из графика ( )2( )K E E . На низкотемпературных спектрах поглощения вблизи низкочастотного края полосы фундаментально- го поглощения видна ярко выраженная особенность с максимумом около 24000 см–1 (рис. 1(а)). Можно предположить, что данная полоса поглощения обу- словлена электронным d–d-переходом в Mn2+. Соглас- но расчетам [30], основанным на данных о трех ни- жайших d–d-переходах в видимой области при 120 К, положение четвертого перехода 6A1g(6S) → 4T2g (4D) — 24100 см–1, что весьма близко к положению наблю- даемой нами полосы. Анализируя разностный спектр, полученный вычитанием зависимости (3) из экспери- ментального спектра, мы установили, что данный пе- реход хорошо описывается гауссианом 2 0 2 ( ) ( ) exp 2 / 2 cA E E K E σ π σ ⎛ ⎞− = −⎜ ⎟ ⎝ ⎠ . (5) Анализ аналогичных разностных спектров в диапа- зоне температур 12–100 К показал, что и они также хорошо описываются гауссианом, параметры которого плавно зависят от температуры (рис. 3). Так, например, полуширина σ меняется в интервале 550–900 см–1, а цен- тральная частота Ec — в 24050–23700 см–1. Это позво- лило сделать вывод, что в данном диапазоне темпера- тур частотная зависимость коэффициента поглощения света может быть представлена единым образом как сумма двух процессов: 1) d–d-переход в Mn2+, описы- ваемый гауссианом, 2) прямой разрешенный межзон- ный переход, определяемый зависимостью (3) (полу- ченной в рамках модели примесной зоны для трехмерных систем). На рис. 4 представлены аппрок- симации экспериментальных спектров при двух темпе- ратурах теоретическими зависимостями, полученными в рамках предложенной нами модели. Как видно на рисунке, с повышением температуры увеличивается отклонение коэффициента поглощения от теоретиче- ской зависимости в области «хвоста» КМПС. Это сви- детельствует о росте вклада термоактивированных переходов. Очевидно, что при дальнейшем повышении температуры эти процессы станут доминирующими и приведут к так называемой урбаховской зависимости коэффициента поглощения света от частоты. Необходимо отметить, что весьма незначительный температурный сдвиг полосы поглощения с E ≈ ≈ 24000 см–1 является подтверждением того, что дан- ная полоса связана с внутриионным переходом в d–d- оболочке марганца. Кроме того, относительные темпе- ратурные изменения σ и Ec близки по порядку величи- ны к изменениям соответствующих параметров d–d- переходов в MnPS3 [9]. Рис. 3. Температурные зависимости полуширины σ (ο) и энергии максимума Ec (■) полосы, соответствующей d–d-пе- реходу в Mn2+. 0 20 40 60 80 100 600 700 800 900 23700 23800 23900 24000 24100 T, К σEc σ, с м –1 , с м E c –1 Рис. 4. Спектр поглощения MnPS3 (сплошная линия), ап- проксимация при помощи формулы (3) (пунктирная линия) и с учетом d–d-перехода (точечная линия). 0 20000 40000 22000 24000 26000 28000 0 20000 40000 T = 12 К T = 100 К K , с м –1 K , с м –1 E, см–1 Температурное поведение края фундаментального поглощения света в квазидвумерном кристалле MnPS3 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2012, т. 38, № 9 1101 Выводы 1. Показано, что спектральная зависимость КМПС в MnPS3 хорошо описывается в рамках модели для прямых разрешенных переходов в трехмерных соединениях. 2. Полоса с максимумом около 24000 см–1 связывает- ся с внутриионным d–d-переходом 6A1g(6S) → 4T2g (4D) в Mn2+. 3. В интервале температур 12–100 К основной вклад в формирование «хвоста» КМПС вносят примеси и дефекты. Изменение температуры приводит главным образом к перенормировке энергетической щели и из- менению параметров d–d-перехода в Mn2+. 4. Магнитное упорядочение не оказывает заметного влияния на КМПС. 1. W. Klingen, R. Ott, and H. Hahn, Z. Anorg. Allg. Chem. 396, 271 (1973). 2. B.E. Taylor, J. Steger, and A. Wold, J. Solid State Chem. 7, 461 (1973). 3. A.H. Thompson and M.S. Whittingham, Mater. Res. Bull. 12, 741 (1977). 4. R. Brec, D.M. Schleich, G. Ouvrard, A. Louisy, and J. Rouxel, Inorg. Chem. 18, 1814 (1979). 5. K. Kurosawa, S. Saito, and Y. Yamaguchi, J. Phys. Soc. Jpn. 52, 3919 (1983). 6. K. Okuda, K. Kurosawa, S. Saito, M. Honda, Z. Yu, and M. Date, J. Phys. Soc. Jpn. 55, 4456 (1986). 7. V. Grasso, F. Neri, S. Santangelo, L. Silipigni, and M. Piacentini, J. Phys.: Condens. Matter 1, 3337 (1989). 8. G. Ouvrard, R. Brec, and J. Rouxel, Mat. Res. Bull. 20, 1181 (1985). 9. V. Grasso, F. Neri, P. Perillo, L. Silipigni, and M. Piacentini, Phys. Rev. B 44, 11060 (1991). 10. С.Л. Гнатченко, И.С. Качур, В.Г. Пирятинская, Ю.М. Высочанский, М.И. Гурзан, ФНТ 37, 180 (2011) [Low Temp. Phys. 37, 144 (2011)]. 11. В.В. Еременко, Введение в оптическую спектроскопию магнетиков, Наукова думка, Киев (1975). 12. K.S. Novoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S.V. Dubonos, I.V. Grigorieva, and A.A. Firsovet, Science 306, 666 (2004). 13. И.П. Студеняк, Д.Ш. Ковач, В.В. Панько, Е.Т. Ковач, А.Н. Борец, ФТТ 26, 2598 (1984). 14. F.S. Khumalo and H.P. Hughes, Phys. Rev. B 23, 5375 (1981). 15. Ю.И. Уханов, Оптические свойства полупроводников, Наука, Москва (1977). 16. М.С. Бродин, И.В. Блонский, Экситонные процессы в слоистых кристаллах, Наукова думка, Киев (1986). 17. I.P. Studenyak, V.V. Mitrovcij, Gy.S. Kovacs, M.I. Gurzan, O.A. Mykajlo, Yu.M. Vysochanskii, and V.B. Cajipe, Phys. Status Solidi (b) 236, 678 (2003). 18. И.М. Лифшиц, С.А. Гредескул, Л.А. Пастур, ФНТ 2, 1093 (1976) [Sov. J. Low Temp. Phys. 2, 533 (1976)]. 19. И.М. Лифшиц, С.А. Гредескул, Л.А. Пастур, Введение в теорию неупорядоченных систем, Наука, Москва (1982). 20. Б.И. Шкловский, А.Л. Эфрос, Электронные свойства легированных полупроводников, Наука, Москва (1979). 21. W. Kirsch and L.A. Pastur, Commun. Math. Phys. 132, 365 (1990). 22. W. Kirsch, L.A. Pastur, and H. Stork, J. Stat. Phys. 92, 1173 (1998). 23. F. Urbach, Phys. Rev. 92, 1324 (1953). 24. И.А. Вайнштейн, А.Ф. Зацепин, В.С. Кортов, Физика и химия стекла 25, 70 (1999). 25. G.D. Cody, J. Non-Cryst. Solids 141, 3 (1992). 26. T. Skettrup, Phys. Rev. B 18, 2622 (1978). 27. Г. Фэн, Фонон-электронное взаимодействие в кристал- лах, Мир, Москва (1969). 28. M. Bernasconi, G.L. Marra, G. Benedek, L, Miglio, M. Jouan- ne, C. Julien, M. Scagliotti, and M. Balkanski, Phys. Rev. B 38, 12089 (1988). 29. K.A. Yagotintsev, M.A. Strzhemechny, A.I. Prokhvatilov, Yu.E. Stetsenko, and Yu.M. Vysochanskii, ФНТ 38, 493 (2012) [Low Temp. Phys. 38, 383 (2012)]. 30. P.A. Joy and S. Vasudevan, Phys. Rev. B 46, 5134 (1992). Temperature behavior of fundamental absorption edge in quasi-two-dimensional MnPS3 crystal V.G. Piryatinskaya, I.S. Kachur, V.V. Slavin, A.V. Yeremenko, and Yu.M. Vysochanskii The light absorption spectra of the layered semi- conductor MnPS3 are measured in the temperature range 12–160 K, which covers the temperature of magnetic ordering. It is shown that the interband light absorption coefficient can be described well in the frameworks of three-dimensional model for direct al- lowed transitions, while an increase in temperature leads only to a decrease of effective energy gap. A theoretical model is proposed to describe the optical transition in the crystal. A comparison between exper- imental and theoretical data indicates that the chosen model is adequate. PACS: 78.40.–q Absorption and reflection spectra: visible and ultraviolet; 78.40.Fy Semiconductors; 75.50.Ee Antiferromagnetics. Keywords: light absorption spectra, layered semi- conductors, interband light absorption coefficient.

Температурное поведение края фундаментального поглощения света в квазидвумерном кристалле MnPS₃

Репозитарії

Схожі ресурси