Магнитные свойства разбавленных магнитных полупроводников Pb₁₋yFeyTe

Abstract

Исследованы фазовый и элементный составы и магнитные свойства (B ≤ 7,5 Тл, 2,0 К ≤ T ≤ 70 К) сплавов Pb₁₋yFeyTe при вариации концентрации примеси вдоль монокристаллического слитка, синтезированного методом Бриджмена. Определены распределение примеси железа по длине слитка в основной фазе и составы микроскопических включений второй фазы. Установлено, что намагниченность образцов содержит несколько вкладов: парамагнитный ионов примеси, диамагнитный кристаллической решетки, вклады свободных носителей заряда, носителей заряда в примесной полосе, кластеров ионов железа и осциллирующий вклад эффекта де Гааза–ван Альфена. Проведено последовательное выделение этих вкладов. Путем аппроксимации полевых и температурных зависимостей вклада ионов примеси суммой двух слагаемых на основе модифицированных функций Бриллюэна определен характер изменения концентраций ионов железа в двух разных зарядовых состояниях вдоль слитка. Показано, что концентрации носителей заряда, определенные по осцилляциям де Гааза–ван Альфена, находятся в удовлетворительном согласии с холловскими концентрациями, указывая на слабое влияние включений второй фазы и магнитных кластеров на однородность и физические свойства основной фазы в сплавах Pb₁₋yFeyTe.

Досліджено фазовий та елементний склади і магнітні властивості (B ≤ 7,5 Тл, 2,0 К ≤ T ≤ 70 К) сплавів Pb₁₋yFeyTe при варіації концентрації домішки вздовж монокристалічного злитка, синтезованого методом Бріджмена. Визначено розподіл домішки заліза по довжині злитка в основній фазі та склад мікроскопічних включень другої фази. Встановлено, що намагніченість зразків містить кілька внесків: парамагнітний іонів домішки, діамагнітний кристалічної гратки, внески вільних носіїв заряду, носіїв заряду в домішковій смузі, кластерів іонів заліза і осцилюючий внесок ефекту де Гааза–ван Альфена. Проведено послідовне видокремлення цих внесків. Шляхом апроксимації польових і температурних залежностей внеску іонів домішки сумою двох доданків на основі модифікованих функцій Бріллюена визначено характер зміни концентрацій іонів заліза в двох різних зарядових станах уздовж злитка. Показано, що концентрації носіїв заряду, визначені по осциляціям де Гааза–ван Альфена, задовільно узгоджуються з холлівськими концентраціями, вказуючи на слабкий вплив включень другої фази і магнітних кластерів на однорідність і фізичні властивості основної фази в сплавах Pb₁₋yFeyTe.

The phase and elemental composition and magnetic properties (B ≤ 7.5 T, 2.0 K ≤ T ≤ 70 K) of Pb₁₋yFeyTe alloys were studied under varied impurity concentration along the Bridgman-grown single-crystal ingot. The distribution of iron impurity along the length of the ingot in the main phase and the composition of microscopic inclusions of the second phase were determined. It was established that the magnetization of the samples contains several contributions: the paramagnetic contribution of impurity ions, crystal lattice diamagnetism, as well as the contributions of free charge carriers, charge carriers in the impurity band, clusters of iron ions, and the oscillating contribution of the de Haas–van Alphen effect. These contributions were systematically separated. Using an approximation for the magnetic field and temperature dependences of the impurity-ion contribution by a sum of two terms based on the modified Brillouin functions, we determined the variation of the concentration of iron ions in two different charge states along the ingot. It was shown that the charge carrier concentrations obtained from the de Haas–van Alphen oscillations are in satisfactory agreement with the Hall concentrations, indicating a weak effect of the inclusions of the second phase and magnetic clusters on homogeneity and physical properties of the main phase in Pb₁₋yFeyTe alloys.