Полумагнитные полупроводники (разбавленные магнитные полупроводники) - полупроводниковые тв. растворы, в к-рых осн. диамагн.
кристаллич. решётка содержит нек-рое кол-во парамагн. примесных атомов. Концентрация
последних не слишком велика, так что диполь-дипольное взаимодействие между их
магн. моментами М мало. При этом расстояние между примесными атомами
значительно больше постоянной решётки а, и они, в нек-ром приближении,
подобны атомам идеального газа с магн. восприимчивостью 
подчиняющимся Кюри закону .В роли магн. примесных атомов могут выступать
атомы переходных элементов, лантаноидов и актиноидов, имеющие
нескомпенсиров. электронный спин на 
или
d-оболочках (см. Парамагнетик ).Обменные эффекты при взаимодействии
электронов проводимости или дырок с магн. примесными атомами приводят к возможности
магн. фазовых превращений.
Наиб. изучены соединения типа 
и 
(где 
- Cd,
Zn, Hg; 
- Sn,
Pb, Се; 
- S, Se, Те; М - Мn, Fe, Eu), имеющие структуру ZnS, вюрцита
и NaCl. Магн. ионы в этих полумагнитных полупроводниках (М)не создают состояний в запрещённой
зоне полупроводника (рис. 1) (или вблизи точки вырождения зоны
проводимости и валентной зоны у бесщелевых полупроводников), однако отличие
их потенциала от потенциала замещённых ими ионов приводит к изменению электронного
спектра [ширины запрещённой зоны (щели), эфф. массы носителей заряда т]. Наиб.
исследованы
как бесщелевые полумагнитные полупроводники 
при x < 0,07 и 
Se при x< 0,06), так и полумагнитные полупроводники с
узкой и широкой запрещёнными зонами 
при c > 0,07,
Рис. 2. Зависимость ширины запрещённой зоны 
(в
мэВ) у
(вверху)
и у бесщелевого полупроводника 
(внизу) от содержания.
Зависимости 
от Т и c для тв. растворов полупроводников 
хорошо
описываются эмпирич. ф-лами (рис. 2):
Возможность варьировать в широких пределах состав полумагнитных полупроводников
(изменять х)позволяет плавно перестраивать электронную структуру
от бесщелевого инверсного спектра до обычного 
>
0).
Специфические свойства полумагнитных полупроводников обусловлены обменным взаимодействием зонных носителей
заряда с электронами магн. ионов. Гамильтониан этого взаимодействия
где
-
спиновые операторы зонных носителей и локализов.
магн. моментов, 
-
интеграл обменного взаимодействия зонных носителей с электронами магн.
ионов (r - пространств. координата); суммирование ведётся по всем узлам
занятым магн.
ионами. Т. к. зонные носители взаимодействуют с большим числом локализов. магн.
моментов, то
можно
заменить его термодинамич. средним 
а суммирование по 
-
суммированием по всем узлам, умножив сумму в (1) на долю узлов, занятых магн.
ионами. При этом энергетич. спектр носителей в полумагнитных полупроводниках вблизи краёв разрешённых
зон 
можно получить,
добавив к гамильтониану, записанному в
приближении
В отсутствие магн. поля 
и энергетич. спектр полумагнитных полупроводников аналогичен спектру соответствующего обычного полупроводника.
В магн. поле энергия обменного взаимодействия 
что приводит к перестройке энергетич. спектра носителей заряда. В полупроводниках
с достаточно широкой запрещённой зоной энергетич. интервалы между соседними
квантовыми уровнями
(орбитальное квантование энергии носителей) удовлетворяют условию
Тогда можно пренебречь орбитальным квантованием
носителей, и обменное взаимодействие приводит лишь к аномально большому спиновому
расщеплению зонных состояний. В узкощелевых и бесщелевых полупроводниках 
перестройка спектра значительно сложнее. Возникают особенности квантования в магн. поле. Напр., могут наступить вырождение и даже инверсия спиновых подуровней,
относящихся к разным квантовым уровням. Особенно сильно обменное взаимодействие
сказывается на положении низшего электронного
и высшего валентного
уровней, к-рые при увеличении Я могут перекрыться. К такому же эффекту приводит
увеличение содержания Мh при фиксированных Я и температуры Т. Так,
бесщелевой полупроводник
при
включении магн. поля становится полуметаллом (происходит перекрытие зоны
проводимости и валентной зоны), а при дальнейшем увеличении Я в нек-ром поле
он
превращается в обычный полупроводник со щелью (рис. 3).
Рис. 3. Зависимость положения верхнего уровня
валентной зоны
и
нижнего уровня зоны проводимости 
от
магнитного поля в бесщелевом полупроводнике
Здесь
-
феноменология, параметры, учитывающие отличие I от намагниченности идеального
парамагнетика, к-рое обусловлено взаимодействием (обычно антиферромагнитным)
соседних магн. ионов или более сложных комплексов.
При низких темп-pax и значит. x в полумагнитных полупроводниках
наблюдается переход в фазу спинового стекла (напр., в
при
c >0,17; рис. 4). В бесщелевых полумагнитных полупроводниках
спинового стекла может, по-видимому, существовать и при малых х. что
связано с косвенным обменным взаимодействием магн. ионов через электроны
проводимости. Антиферромагн. фаза обнаружена лишь в
при х > 0,6.
Рис. 4. Фазовая (Т - х)диаграмма магнитного
состояния 
P
- парамагнитная фаза, S - область спинового стекла.
Как и обычные полупроводники, полумагнитные полупроводники могут быть легированы как донорами, так и акцепторами.
Энергии локализованных примесных состояний в полумагнитных полупроводниках
определяются не только кулоновским
взаимодействием с потенциалом поля примесного центра, но и обменным взаимодействием
с локализованными магнитными моментами, расположенными внутри боровского радиуса
примесного центра. Такое локализов. состояние наз. связанным магнитным поляроном.
Вклад обменного взаимодействия в энергию локализов. состояния зависит от концентрации
магн. ионов (х), температуры (Т)и магн. поля (Н). В узкощелевых
и бесщелевых полумагнитных полупроводниках зависимость энергии ионизации мелких примесей от Н связана
также со спецификой квантования зонных состояний (см. выше). Т. о., в
полумагнитных полупроводниках энергия ионизации примесей, а следовательно, и кинетич. явления значительно
сильнее зависят от Н и Т, чем в обычных полупроводниках.
Наиболее ярким проявлением роли обменного взаимодействия электронов с локализов. магн. нонами является
гигантское отрицат. магнетосопротивление 
наблюдаемое
в узкоще левых полумагнитных полупроводниках jo-типа (r уменьшается на 5-7
порядков в полях Н
4-5
Тл). Уменьшение r в магн. поле в ряде случаев сопровождается фазовым переходом
полупроводник - металл (см. Переход металл - диэлектрик). Этот
переход обусловлен уменьшением энергии ионизации акцепторных примесей и ростом
радиуса волновой функции акцепторных состояний в магн. поле из-за специфики квантования
валентной зоны полумагнитного полупроводника и разрушения состояний связанного магн. полярона. Др. особенность
кинетич. явлений в полумагнитных полупроводниках - немонотонная зависимость амплитуды осцилляции Шубнико-ва
- де Хааза от Н и Т, обусловленная разл. вкладом обменного взаимодействия
в энергию разных спиновых подуровней (см. Квантовые осцилляции в
магнитном поле).
Специфика энергетич. спектра свободных и локализов. состояний носителей заряда в
полумагнитных полупроводниках приводит к
особенностям оптич. и магн--оптич. явлений. В полумагнитных полупроводниках
наблюдаются гигантский Фарадея
эффект при энергиях фотонов, близких к энергии края фундам. поглощения (в
Верде
постоянная достигает 36000 град/см-Тл),
сильная зависимость от магн. поля стоксовского сдвига в спектрах комбинационного
рассеяния света и расщепления линий поглощения свободных и связанных экситонов.
М. Миньков, И. М. Цидильковский
Релятивисты и позитивисты утверждают, что "мысленный эксперимент" весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.
Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: "Если факт не соответствует теории - измените факт" (В другом варианте " - Факт не соответствует теории? - Тем хуже для факта").
Максимально, на что может претендовать "мысленный эксперимент" - это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.
Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.
Понятие "мысленный эксперимент" придумано специально спекулянтами - релятивистами для шулерской подмены реальной проверки мысли на практике (эксперимента) своим "честным словом". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
|
|
 |
- 