МАГНИТНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ


МАГНИТНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ
МАГНИТНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ

- вещества, к-рые сочетают в себе полупроводниковый тип электропроводимости с магн. упорядочением. Среди М. п. имеются материалы с разл. типами магн. упорядочения - ферромагнитным, антиферромагнитным, геликоидальным и т. д. (см. Магнитная атомная структура). К этому классу веществ относятся также нек-рые спиновые стёкла.

Характеристики магнитных полупроводников

Соединение

Тип магн. упорядочения

Кристаллич.

структура

Постоянная ре-щётки, А

TC, к

CdCr2S4

ФМ

шпинель

10,24

84,5

CdCrSe4

ФМ

"

10,75

130

HgCr2Se4

ФМ

"

10, 75

106

СuСr23 Вr2

ФМ

"

10.4

274

ZnCr2Se4

ГАФ

"


20

HgCr2S4

ГАФ

"


60

ZnCr2S4

СФ

"


18

EuO

ФМ

NaCl

5, 141

67

EuS

ФМ

"

5,468

16

KuSe

АФМ

"

6, 135

4,6

EuTe

АФМ

"

6,598

9,6

Примечание. ФМ - ферромагнетик; АФМ- антиферромагнетик; Г АФ - геликоидальный антиферромагнетик; СФ - слабый ферромагнетик.


Температура магнитных фазных переходов у М. п. лежит, как правило, в диапазоне гелиевых (4,2К) и азотных (~77,4 К) темп-р, хотя известны материалы с точкой Кюри T с~300 К (напр., 2568-84.jpg ). Наиб. изученными являются М. п. типа ЕиХ, где " X - О, S, Se, Те, и соединения со структурой шпинели типа АСr2 Х 4, где А - Сu, Cd, Zn, Hg, Fe, Co; X -S, Se, Те (см. табл.).

2568-85.jpg

Рис. 1. Зонная структура магнитных полупроводников.

2568-86.jpg

Рис. 2. Фазовая диаграмма магнитного 2568-87.jpg полупроводника

Электронный спектр М. п. определяется 2 разнородными подсистемами - подвижными носителями заряда (электронами проводимости и дырками) и более локализованными электронами атомов переходных (или редкоземельных) металлов, содержащих недостроенные d- или f -оболочки. Ввиду этого электронный спектр М. п. не может быть описан (даже в нулевом приближении) простейшей двухзонной моделью (см. Полупроводники )и включает в себя, как правило, третью, т. н. d- или f -зону (рис. 1).

М. п. характеризуется, как правило, наличием т. н. непрямого обменного взаимодействия между d- или f -ионами. В решётке М. п. магн. ионы (для определённости d -ионы) разделены немагнитными и поэтому волновые ф-ции d -электронов не перекрываются. Прямое обменное взаимодействие между ними отсутствует. Однако возникает непрямое взаимодействие, обусловленное тем, что волновые ф-ции магн. ионов перекрываются через волновые ф-ции немагн. ионов. Непрямой обмен приводит к заметному изменению магн. свойств М. п. при легировании. Так, при замещении в ферромагн. М. п.2568-88.jpg атомов Cd на атомы Zn вначале происходит уменьшение Т с, а затем ферромагн. упорядочение меняется на геликоидальное антиферромагнитное, причём этот переход происходит через состояние спинового стекла (рис. 2). Легирование 2568-89.jpg примесью In (донор) или Ag (акцептор) уменьшает или увеличивает Т с.

Кроме обменного взаимодействия между парамагнитными ионами через неподвижные немагнитные ионы в М. п. может иметь место обменное взаимодействие через подвижные носители заряда. Взаимодействие между подвижными носителями заряда и малоподвижными d -электронами приводит к зависимости электрич. свойств от магн. состояния М. п. и, наоборот, магн. свойств от концентрации носителей заряда в М. п. Так, в М. п. наблюдаются резкие (на неск. порядков) скачки проводимости при изменении темп-ры Т, резкое изменение Т c при изменении концентрации носителей в ходе легирования, резкие скачки магнетосопротивления, аномально большое отрицат. магнетосопротивление вблизи точки Кюри Т с.

Подвижность носителей в М. п. невелика по сравнению с обычными полупроводниками. Она лимитируется дополнит. механизмом рассеяния на неоднородностях и флуктуациях намагниченности (см. Рассеяние носителей заряда в твердом теле). Определение эффективной массы носителей с помощью эффекта Холла затруднено, т. к. из-за спонтанной намагниченности велик вклад аномальной составляющей (см. Холла эффект, Гальваномагнитные явления). Кроме того, наличие электрон-магнонного взаимодействия в М. п. приводит к изменению величины затухания спиновых волн в М. п. при пропускании тока.

2568-90.jpg

Рис. 3. Температурная зависимость края оптического поглощения в EuS (а) и HgCr2Se4 ( б); 2568-91.jpg - ширина запрещённой зоны.


Характерной особенностью М. <н. является т. н. гигантское красное смещение края оптич. поглощения при изменении темп-ры. Так, у 2568-92.jpg край поглощения сдвигается от 0,8 до 0,3 эВ при понижении Т от 300 до 4 К (рис. 3). Нек-рым М. п. свойственны явления фотомагнетизма (изменение магн. свойств при освещении). Так, в 2568-93.jpg при освещении изменяются магн. проницаемость, коэрцитивная сила, вид скачков Баркгаузена.

Многие особенности М. п., в частности аномалии кинетич. характеристик, иногда объясняют исходя из теоретич. предсказания существования в М. п. феронов -областей, в к-рых концентрация электронов проводимости и магн. момент отличаются от средних по кристаллу. Такие области могут быть, в частности, локализованы на примесях, вакансиях и др. дефектах. Наличие дефектов существенно влияет также на магнитокристаллич. анизотропию М. п. Так, чистый М. п. 2568-94.jpg практически изотропен, но при легировании и отжиге, к-рые меняют число примесей и вакансий, становится анизотропным, причём направление осей анизотропии и её степень можно изменять, меняя кол-во и тип примесей и вакансий.

Необычные свойства М. п. делают их перспективными для создания ячеек памяти, для термомагн. и фото-магн. записи, для вращения плоскости поляризации эл.-магн. излучения, в частности в диапазоне СВЧ. На М. п. реализованы р - п-переходы, Шоттки барьеры и др. структуры.

Лит.: Метфессель 3., Маттис Д., Магнитные полупроводники, пер. с англ., М., 1972; Магнитные полупроводники шпинели типа CdCr2Se4, под ред. С. И. Радауцана, Киш., 1978; Нагаев Э. Л., Физика магнитных полупроводников, М., 1979; Магнитные полупроводники - халькогенидные шпинели, М., 1981; Магнитные полупроводники, под ред. В. Г. Ве-еелаго, М., 1982. В. Г. Веселого.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "МАГНИТНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ" в других словарях:

  • Магнитные полупроводники — материалы проявляющие как свойства ферромагнетиков, так и свойства полупроводников. Изменяя магнитное поле мы можем изменять проводимость материала. Также существует возможность контроля квантового спинового состояния (эффект спинового… …   Википедия

  • МАГНИТНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ — полупроводниковые материалы, в хим. состав к рых входят переходные или редкозем. элементы. Магн. моменты атомов этих элементов с частично заполненными d или f оболочками при темп ре T®0К, как правило, упорядочены. Нек рые из таких полупроводников …   Физическая энциклопедия

  • ПОЛУПРОВОДНИКИ — широкий класс в в, характеризующийся значениями уд. электропроводности s, промежуточными между уд. электропроводностью металлов s=106 104 Ом 1 см 1 и хороших диэлектриков s=10 10 10 12 Ом 1см 1 (электропроводность указана при комнатной темп ре).… …   Физическая энциклопедия

  • Полупроводники —         широкий класс веществ, характеризующихся значениями электропроводности σ, промежуточными между электропроводностью металлов (См. Металлы) (σ Полупроводники 106 104 ом 1 см 1) и хороших диэлектриков (См. Диэлектрики) (σ ≤ 10 10 10 12 ом… …   Большая советская энциклопедия

  • МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ — в ва, магн. св ва к рых обусловливают их применение в технике (электротехнике, вычислит. технике, электронике, радиотехнике и др. областях). Hаиб. применение находят магнитоупорядоченные в ва: ферро , ферри и антиферромагнетики, в состав к рых… …   Химическая энциклопедия

  • магнитные материалы — вещества, обладающие магнитными свойствами и изменяющие магнитное поле, в которое они помещены. Ими могут быть металлы и сплавы (гл. обр. ферромагнетики, такие, как Fe, Co, Ni, Cu, редкоземельные элементы), диэлектрики и полупроводники (ферри – и …   Энциклопедия техники

  • 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… …   Физическая энциклопедия

  • Полупроводник — Монокристаллический кремний  полупроводниковый материал, наиболее широко …   Википедия

  • Полупроводник — (Semiconductor) Определение полупроводника, строение полупроводников и принцип действия Информация об определении полупроводника, строение полупроводников и принцип действия Содержание Содержание 1. Исторические 2. Свойства 3. Строение… …   Энциклопедия инвестора

  • ФЕРРОМАГНЕТИК — вещество, в к ром ниже определённой темп ры (Кюри точки 0) устанавливается ферромагн. порядок магнитных моментов атомов или ионов (в неметаллич. кристаллах) или магн. моментов коллективизир. электронов (в металлич. кристаллах; (см.… …   Физическая энциклопедия

Книги

Другие книги по запросу «МАГНИТНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ» >>