Особенности температурного поведения ЭПР спектров селенида ртути, легированного железом

Abstract

Исследованы образцы разбавленных магнитных полупроводников HgSe:Fe c концентрациями 2·10¹⁸ см⁻³ < NFe <3·10¹⁹ см ⁻³ в интервале температур 77 К < T < 300 К методом ЭПР. С помощью микроструктурного анализа показано, что ионы железа однородно распределены в объеме исследуемых образцов HgSe: Fe и не формируют вокруг себя области с кристаллической структурой, отличной от структуры цинковой обманки. На основании расчетов g-факторов показано: источником сигнала ЭПР являются ионы Fe³⁺, занимающие тетраэдрические позиции в образцах HgSe; форма спектров ЭПР является результатом совместного влияния искажений тетраэдрического окружения ян-теллеровского типа и смещений иона железа из центра тетраэдра; изменение формы спектра при увеличении концентрации объясняется в рамках модели формирования регулярной решетки заряженных доноров. По максимуму температурной зависимости ширины линии ЭПР для образцов с разными концентрациями железа определена температура образования регулярной решетки примесных ионов.

Досліджено зразки розбавлених магнітних напівпровідників HgSe: Fe з концентраціями 2·10¹⁸ см⁻³ < NFe <3·10¹⁹ см ⁻³ в інтервалі температур 77 К < T < 300 К методом ЕПР. За допомогою мікроструктурного аналізу показано, що іони заліза однорідно розподілені в об'ємі досліджуваних зразків HgSe: Fe та не формують навколо себе області з кристалічною структурою, відмінною від структури цинкової обманки. На підставі розрахунків g-факторів показано: джерелом сигналу ЕПР є іони Fe³⁺, які займають позиції тетраедрів в зразках HgSe; форма спектрів ЕПР є результатом спільного впливу спотворень оточення тетраедра ян-теллірівського типу і зміщень іона заліза з центру тетраедра; зміна форми спектра при збільшенні концентрації пояснюється у рамках моделі формування регулярної гратки заряджених донорів. По максимуму температурної залежності ширини лінії ЕПР для зразків з різними концентраціями заліза визначено температуру утворення регулярної гратки домішкових іонів.

The ESR study of dilute magnetic semiconductors HgSe:Fe with 2·10¹⁸ sm⁻³ < NFe <3·10¹⁹ sm ⁻³ concentrations has been carried out in the 77 K < T < 300 K temperature range. With the microstructure analysis it is shown that the iron ions are distributed uniformly in the bulk of the HgSe:Fe samples and they do not form around themselves a crystal structure different from the structure of zincblende. Based on the g-factor calculations it is concluded that the Fe³⁺ ions in tetrahedral sites in HgSe samples are the source of the ESR signal; the ESR spectra are formed by the joint effect of Jahn-Teller’s distortions of the tetrahedral environment and displacements of the iron ion from the tetrahedron center; the modification of the ESR spectra with increasing the iron concentration can be explained by the model of regular lattice of charged donors. The temperature onset of the regular lattice of impurity ions corresponds to the maximum of the ESR linewidth-temperature dependence for samples with different iron concentrations.