Научная электронная библиотека ULRICH'S Periodicals Directory

Сибирский государственный университет
науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева

Сибирский аэрокосмический журнал
ISSN 2712-8970 (Print) ISSN 2782-5760 (on-line)

Сведения об образовательной организации

UDK 539.21:537.86 Doi: 10.31772/2587-6066-2020-21-3-441-450
ИЗМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ ПРИ КАТИОННОМ ЗАМЕЩЕНИИ СУЛЬФИДА МАРГАНЦА ЭЛЕМЕНТАМИ С ПЕРЕМЕННОЙ ВАЛЕНТНОСТЬЮ
О. Б. Романова, С. С. Аплеснин, Л. В. Удод
Институт физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН; Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50, стр. 38; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева; Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Методом расплава из поликристаллических порошков сульфидов приготовлены катион замещенные твердые растворы YbXMn1-XS. Синтезированные образцы являются антиферромагнитными полупроводниками и согласно результатам рентгеноструктурного анализа имеют ГЦК структуру типа NaCl. Проведены исследования структурных, электрических, оптических и акустических свойств халькогенидной системы YbXMn1-XS в интервале температур 80–500 К. Исследовано влияние на электронную структуру элементов переменной валентности при катионном замещении сульфида марганца. Изменение электронной структуры в сиcтеме YbXMn1-XS происходит за счет электрон-фононного взаимодействия. Образцы с переменной валентностью обладают аномальной сжимаемостью, что подтверждается данными коэффициента теплового расширения и изменением коэффициента затухания. В результате неупругого взаимодействия с d-электронами меняется плотность состояний на уровне Ферми, что отражается на температурной зависимости проводимости. Из ИK спектров определены положения f-уровня и два электронных перехода. Обнаружена область температур и концентраций, где наблюдается корреляция структурных, электрических, оптических и акустических свойств. Для объяснения экспериментальных результатов рассмотрена электронная структура полупроводника и предложена модель, качественно описывающая эксперимент.
Ключевые слова: элементы с переменной валентностью, структура, ИК-спектроскопия, коэффициент затухания, проводимость, электронная структура.
References

1. Звездин А. К., Пятаков А. П. Фазовые переходы и гигантский магнитоэлектрический эффект в мультиферроиках // УФН. 2004. T. 174. C. 465–470.
2. Manfred Fiebig Revial of the magnetoelectric effect // J. Phys. D: Appl. Phys. 2005. Vol. 38. P. R123–R152.
3. Волков Н. В. Спинтроника: магнитные туннельные структуры на основе манганитов // УФН. 2012. Т. 182. С. 263–285.
4. Magnetoresistance, magnetoimpedance, magnetothermopower, and photoconductivity in silver-doped manganese sulfides / O. B. Romanova, S. S. Aplesnin, L. V. Udod et al. // J. Appl. Phys. 2019. Vol. 125. P. 175706-9.
5. Influence of induced electrical polarization on the magnetoresistance and magnetoimpedance in the spindisordered TmXMn1-XS solid solution / S. S. Aplesnin, Sitnikov M. N., Kharkov A.M. et al. // Phys. Stat. Sol. B. 2019. P. 1900043-10.
6. Аплеснин С. С., Ситников М. Н. Магнитотранспортные эффекты в парамагнитном состоянии в GdХMn1-ХS // ЖЭТФ. 2014. T. 100. C. 104–110.
7. Магнитные и электрические свойства катион замещенных сульфидов MeXMn1-XS (Me = Co, Gd) / С. С. Аплеснин, Л. И. Рябинкина, О. Б. Романова и др. // ФТТ. 2009. T. 51. C. 661–664.
8. Spin reduction in the HoXMn1-XS solid solution / S. S. Aplesnin, A. M. Kharkov, M.N. Sitnikov et. al. // JMMM. 2013. Vol. 347. P. 10–13.
9. Magnetoresistance effect in anion-substituted manganese chalcogenides / S. S. Aplesnin, O. B. Romanova, K. I. Yanushkevich // Phys. Stat. Sol. B. 2015. Vol. 252. P. 1792–1798.
10. Magnetic properties and the metal-insulator transition in GdXMn1-XS solid solutions / O. B. Romanova, L. I. Ryabinkina, V. V. Sokolov et al. // Sol. St. Comm. 2010. Vol. 150. P. 602–604.
11. Magnetic and electrical properties of bismuth cobaltite Bi24(CoBi)O40 with charge ordering / S. S. Aplesnin, L. V. Udod, M. N. Sitnikov et al. // Phys. Sol. Stat. 2012. Vol. 54. P. 2005–2014.
12. Bi2(Sn0.95Cr0.05)2O7: Structure, IR spectra, and dielectric properties / S. S. Aplesnin, L. V. Udod, M. N. Sitnikov et al. // Ceram. Int. 2016. Vol. 42. P. 5177–5183.
13. Phase transitions in bismuth pyrostannate upon substitution of tin by iron ions / L. V. Udod, S. S. Aplesnin, M. N. Sitnikov et al. // J. Alloys Compd. 2019. Vol. 804. P. 281–287.
14. On the nature of a new phase transition in α-MnS / H. H. Heikens, G. A. Wiegers, van C. F. Bruggen // Solid State Comm. 1977. Vol. 24. P. 205–209.
15. Магнитные фазовые переходы и кинетические свойства халькогенидов 3d-металлов / С. С. Аплеснин, О. Б. Романова, О. Ф. Демиденко, К. И. Янушкевич ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2017. 208 с.
16. Morosin В. Exchange striction effects in MnO and MnS // Phys. Rev. B. 1970. Vol. 1. P. 236–243.
17. Conductivity, weak ferromagnetism, and charge instability in an α-MnS single crystal / S. S. Aplesnin, L. I. Ryabinkina, G. M. Abramova et. al. // Phys. Rev. B. 2005. Vol. 71. P. 125204–125212.
18. Trivalent rare earths in layered (LX)1.15NbX2 chalcogenides / R. J. Cava, Batlogg B., van Dover R. B. et. al. // Phys. Rev. B. 1994. Vol. 49. P. 6343–6345.
19. Spin state of cations and magnetoelastic effect in Mn1-XYbXS / S. S. Aplesnin, A. M. Kharkov, O. B. Romanova et al. // JMMM. 2014. Vol. 352. P. 1–5.
20. Никаноров С. П., Кардашев Б. К. Упругость и дислокационная неупругость кристаллов. М. : Наука, 1985. 254 с.
21. Амплитудные и температурные зависимости поглощения ультразвука и модуля упругости Юнга сверхпроводимой керамике YBa2Cu3O7-x / А. Б. Лебедев, Ю. А. Буренков, В. И. Иванов и др. // ФТТ. 1989. T. 31. С. 300–303.
22. Low temperature cross –over effect in ultrasonic damping in YBCO ceramics / S. N. Golyandin, B. K. Kardashev, S. B. Kustov et al. // Phys. Stat. Sol. (a). 1995. Vol.147. P. 111–118.
23. Упругость и неупругость керамических образцов графитоподобного нитрида бора / Б. К. Кардашев, Ю. А. Буренков, Б. И. Смирнов и др. // ФТТ. 2001. Т. 43. С. 1048–1052.
24. Индуцированный светом переход металлдиэлектрик в гетероструктуре n-GaAs/AlGaAs. Акустические методы исследования / И. Л. Дричко, А. М. Дьяконов, И. Ю. Смирнов, А. И. Торопов // ФТТ. 2006. Т. 40. С. 1449–1456.
25. Schmid A. Electron-phonon interaction in an impure metal // Zeitschrift fϋr Physik. 1973. Vol. 259. P. 421–436.
26. Shtyk A. V., Feigel’man M. V., Kravtsov V. E. Magnetic field-indiced giant enhancement of electronphonon energy transfer in striongly disordered conductors // Phys. Rev. Lett. 2013. Vol. 111. P. 166603-5.
27. Аплеснин С. С. Магнитные и электрические свойства сильнодегированных магнитных полупроводников. M. : Наука, 2013. 176 с.


Романова Оксана Борисовна – кандидат физико-математических наук, научный сотрудник; Институт физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН.
E-mail: rob@iph.krasn.ru.
Аплеснин Сергей Степанович – доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой физики; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева. E-mail: aplesnin@sibsau.ru, apl@iph.krasn.ru.
Удод Любовь Викторовна – кандидат физико-математических наук, научный сотрудник; Институт физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН. E-mail: luba@iph.krasn.ru.


  ИЗМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ ПРИ КАТИОННОМ ЗАМЕЩЕНИИ СУЛЬФИДА МАРГАНЦА ЭЛЕМЕНТАМИ С ПЕРЕМЕННОЙ ВАЛЕНТНОСТЬЮ