Введение к работе
Актуальность рассмотрения перечисленных вопросов обусловлена интенсивным развитием соответствующих областей физики твердого тела. Хотя эффекты в полупроводниках и металлах принято исследовать раздельно, в рамках одноэлектронного подхода, принятого в настоящей работе, анализ явлений в этих материалах имеет много общего, и их совместное исследование оказывается весьма полезным. Цель десертации состоит в изучении связи зонного спектра электронов и процессов их рассеяния, включая рассеяние на границах, с распространением и отражением электромагнитных и упругих волн в магнитных полупроводниках, немо.нитных металлах ч классических сверхрешетках на их основе. Достижение этой цели предполагает решение следующих задач:
1. Формулировка модели зонноР структуры ферромагнитных
ПОЛУПРОВОДНИКОВ CdCr2Se4 И HgCr2S94 И Построение НЭ ЄЄ ОСНОВЄ
теории оптических, кинетических и иных эффектов, включая межзонное поглощение света; поглощение и отражение света, обусловленное свободными носителями; нагнигосопротивлените; ' деформационные эффекты.
2. Интерпретация экспериментальных данных для cdo2Se4>
Hgo2Se4 и Euo. определение эффективных масс, деформационных и
обменных констант.
3. Разработка способа получения инофрнации о деформационном
потенциале в металлах из экспериментальных данных об изменении
поверхности Ферми при деформации; исследование поляризационных
эффектов при отражении ультразвука от металла и прохождении
упругих волн через металлическую пластину в области
допплерон-фнонного резонанса при различном характере, рассеяния
электронов на границах; рассмотрение квантовых эффектов как при
наличии магнитного поля, так и при его отсутствии. .
4. Изучение распространения электромагнитных воли в
классических сверхрешеткас при слабой и сильной пространственной дисперсии в слоях.
5. Исследование связанных электромагнитно-упругих волн в металлических сверхрешетках, включая случай их резонансного взаимодействия.
Научная новизна. В работе впервые:
1. Предложена модель зонной структуры ферромагнитных
ПОЛУПРОВОДНИКОВ CdCr2Se4 И HgOgSe, И Построена ТЄОрИЯ ОПТИЧЄСКИХ
и кинетических эффектов, позволившая с единых позиций объяснить экспериментальные данные по оптическому поглощению вблизи края фундаментальной полось, анизотропии поглощения свободными носителями, температурной зависимости электронной массы в HgCr„se4, анизотропии магнитосопротивления, пьезосопротивлению.
-
Показано, что сдвиг края поглощения в HgCr2Se4 и Еио из-за электрон-примесного взаимодействия может быть сопоставим с величиной красного сдвига, обусловленного взаимодействием электронов с локализованными спинами.
-
Найдены обменная константа для валентной зоны сасгг&>4> параметры Латтинджера и деформационные константы ь и d залентной зоны НдСгга?4; дана оцек а параметров Латтинджера для cdCras4; уточнено значение эффективной чассы плотности состояний в ЕиО и показано, что найденное значение согласуется с результатами энных расчетов.
-
Предложен метод определения усредненных компонент тензора деформационного потенциала электронов в металле из экспериментальных данных о деформационном -ши.еиии поверхности Ферми. Найдены указанные усредненные компоненты для ряда экстремальных орбит в вольфраме и иол'їдене.
5. Показано, что эллиптичность и поворот "плоскости
поляризации ультразвука при его отражении от компенсированного
металла в области допплерон-фононного резонанса имеют выраженные
резонансные особенности. Выяснены условия, при выполнении которых
характер рассеяния электронов на металлической поверх.юсти
сказывается на отражении ультразвука, а также на его прохождении
через металлическую пластину.
6. Изучено электромагнитное возбуждение звука в условиях
квантового аномального скин-эф|)екта.
7.. Выяснены условия существования квантовых осцилляция поляризационных паранетров ультразвука в сильн : нагнитннх полях за краен циклотронного поглощения.
8. Вычислен спектр' волн в периодической структуре
HgCr?,sVZIM3J,eRTPHK ПРИ наличии гигантского эффекта Фзоадея в
слоях магнитного полупроводника.
9. Показано, что высокочастотные электродинамические свойства
сверхрешетки неталл/диэлектрик при толщине иеталлического слоя,
меньшей длины свободного пробега, определяются ограниченностью
движения электронов в направлении распространения волны и рассеянием на границах раздела; в случае нелкослоистой среды происходит эффективное подавление особенностей, связанных с пространственной дисперсией.
-
Изучено распространение в кеталлических сверхрепетках геликонных, нагнитоплазненных " допплеронных волн. Показано, что в отлитие от геликонов . нагнктоплаэменных волн допплерошшй зонный спектр не образуется.
-
Исследовано взаимодействие лектромагнитных и упругих колебаний в сверхрешетках, включая эффекты электромагнитного возбуждения звука и резонансное взаимодействие волн. Показано, что выраженные резонансные особенности в спектре возбуждений имеются только при взаимодействии ультразвука с геликонами. В коэффициенте отражения звука сверхрегзетсчные резонансы проявляется только тогда, когда в окрестности резонансной точки фазовые скорости электромагнитной и упругой волн имеют разные знаки.
Практическая ценность работы. Выяснение -зонной структуры ферромагнитных полупроводников сасг2зв4 и ндсг2а»4 создает надежную основу для понимания процессов, протекающих в этих перспективных материалах. Изученные' явления могут служить основой для создания различных устройств; так, при участии автора был разработан способ определения азимута линейно поляризованного . излучения 251.
Изучение волн в чистых металлах углубило понимание процессов взаимодействие электромагнитных и упругих колебаний в массивных металлах и выявило специфику распространения электромагнитных и
связанных электроиагнитно-упругих возбуждений в периодических средах.
Расчеты проведены для реалистических моделей и доведены до определения экспериментально наСлюдзеных величин. Всюду, где возможно, данные экспериментов используются для нахождения таких важнейших характеристик электронов з кристалле, как закон дисперсии, деформационный потенциал и обменные константы. На защиту выносятся следующие результаты.
1. Объяснение экспериментальных данных по оптическому
поглощению вблизи края фундаментально^ полосы в cdcrgse4 и
HgCr2se4, анизотропии поглощения света свободнши носителями в
НдСг2&4> температурной зависимости электронной массы В HgCr2S^4>
аНИЗОТрОПИИ МаГНИТОСОПрОТИВЛеНИЯ В CdCr2Se4 И HgCr2Se4.
иьезосопротивлению в ндсгг&»4 на основе предложенной модели ЗОННОЙ структуры этих соединений.
2. Анализ сдвига края .поглощения в HgOgSe^ к EuC при
легировании.
3. Результаты расчета дырочного вклада в іагнитную
аНИЗОТрОПИЮ, НаГНИТОСТрИКЦЙЮ И УПрУГИе МОДУЛИ CdCrSe4 И HgCr2Se4>
а также расчет деформационной зависимости края поглощения в этих материалах.
4. Определение параметров Латтииджера . валентной зоны к
деформационных констант ь и J в НдСг2&»4, константы обменной связи
электронов в валентной зоне cdCr2s<»4, уточнение величины
ЭффеКТИВНОЙ МаССЫ ПЛОТНОСТИ СОСТОЯНИЙ ЗЛЄКТр..ЯОВ в ЕиО.
5. Метод нахождения усредненных 'компонент тензора
дефориациониого потенциала эл:.<тронов в металле из
экспериментальных данных о деформационном изменении поверхности
Ферми; результаты определения указанных компонент для ряда орбит в
вольфраме и молибдене.
6. Результаты расчета эллиптичности и поворота плоскости
поляризации ультразвука при его отралкнии от компенсированного
металла и прохождении через пластину из такого металла в
окрестности допплерон-фоноьного резонанса с учетом характера
рассеяния электронов на металлической поверхности.
7. Результаты расчета квантовых эффектов при электромагнитном
- ю -
возбуждении звука в особо чистых металлах в условиях квантового аномального скин-эффекта.
8. ОбЪЯСНеНИе ПрИЧИН СуККСТВОВаНИЯ КВ6.;Г0ВЫХ осцилляции
поляризационных параметров ультразвука в вольфраме в сильных магнитных полях за краен циклотронного поглощения.
9. Расчет спектра электромагнитных волн в периодических
структурах со слоями Hgo-gSe^ и в металлических сверхрешетках,
помешенных в магнитное поле, при отсутствии пространственной
дисперсии.
10. Анализ особенностей электромагнитных колебаний в
' металлических сверхрешетках при наличии сильной пространственной
дисперсии; исследование роли кежслойных границ.
11. Расчет матрицы преобразования для связанных
электронагнитно-упрупи: волн в сверхрешетке при отсутствии
пространственной дисперсии. Исследование электромагнитного
возбуждения звука в иеталличес: їй сверхрешетке. Результаты расчета
спектра геликон-фононьых мод и коэффициента отражения ультразвука
от периодической среды при наличии резонансного взаимодействия
волн.
Все расчеты, представленные в диссертации, выполнены лично автором. Его Еклад в проведение экспериментальных исследований состоял в участии в _ постановке задачи, обсуждении эксперинентальных данных и их интерпретации.
Апробация раооты.Основнне положения диссертации докладывались на У Всесоюзной конференции "Тройные полупроводники и их применение" (Кишинев, 1987), Уп Всесоюзной конференции "Химия, физика и технические применения халькогенидов" (Ужгород, 1988), Всесоюзных конференциях по физике магнитных явлений (Калинин, 1988, Ташкент, 1991), ххУі Всесоюзной акустической конференции (Москва, 1991), Международном симпозиуме по магнитооптике (Харьков, 1991), Уральской школе по магнитным полупроводникам (Свердловск. 1988), Международной симпозиуме по теоретической физике "Коуровка-94" (Екатеринбург, 1994), Сооешэниях по физике низких температур (Лонецк, 1990. Казань, 1992, Дубна, 1994).
Публикации. По теме диссертации опубликовано более 40 печатню трудов, з том числе 24 статьи и одно авторское
- її. -
свидетельство на изобретение.
Диссертация состоит из пяти разделов и списка используемой литературы. Она содержит 250 страниц машинописного текста, 35 рисунков, 4 таблицы и список литературы из 159 наименований.
Похожие диссертации на Влияние электронов проводимости на распространение электромагнитных и упругих волн в металлах, магнитных полупроводниках и сверхрешетках на их основе
