Низкотемпературные магнитополевые зависимости спонтанной намагниченности электронной системы примесей железа низкой концентрации (≤ 0,2 ат.%) в кристалле селенида ртути

Abstract

Изложены результаты экспериментального изучения и теоретического описания магнитополевых зависимостей намагниченности кристалла селенида ртути с низкими концентрациями примесей железа (0,01–0,2) aт.%. при температуре 5 К. С применением детального анализа полученных зависимостей выделены вклады спонтанного магнетизма электронной системы гибридизированных состояний донорных примесных атомов железа, имеющие вид кривых намагничивания с насыщением. Для сравнительного рассмотрения проведены аналогичные измерения на кристаллах селенида ртути без легирования и с примесями галлия (0,05 ат.%), позволившие подтвердить детали интерпретации данных. На основе разработанных ранее теоретических представлений об изучаемых электронных системах получены формулы, описывающие полевые зависимости спонтанной намагниченности, и достигнуто хорошее их согласие с найденными экспериментальными зависимостями. В итоге выполненной подгонки теоретических зависимостей к экспериментальным определены параметры, характеризующие спонтанный спиновый магнетизм изучаемых примесных систем, значения которых согласуются с экспериментальными данными, полученными ранее при наблюдении аномалий эффекта Холла и температурных зависимостей магнитной восприимчивости тех же систем.

Викладено результати експериментального вивчення та теоретичного опису магнітопольових залежностей намагніченості кристала селеніду ртуті з низькими концентраціями домішок заліза (0,01–0,2) aт.% при температурі 5 К. Зі застосуванням детального аналізу отриманих залежностей виділено внески спонтанного магнетизму електронної системи гібридизованих станів донорних домішкових атомів заліза, що мають вид кривих намагнічування з насиченням. Для порівняльного розгляду проведено аналогічні вимірювання на кристалах селеніду ртуті без легування та з домішками галію (0,05 ат.%), що дозволило підтвердити деталі інтерпретації даних. На основі розроблених раніше теоретичних уявлень щодо дослідження електронних систем отримано формули, які описують польові залежності спонтанної намагніченості, та досягнуто добре узгодження єдність зі знайденими експериментальними залежностями. В результаті виконаної підгонки теоретичних залежностей до експериментальних визначено параметри, що характеризують спонтанний спіновий магнетизм досліджених домішкових систем, значення яких узгоджуються з експериментальними даними, які отримані раніше при спостереженні аномалій ефекту Холла та температурних залежностей магнітної сприйнятливості тих же систем.

There are presented the results of the experimental study and theoretical description of magnetic field dependences of mercury selenide single crystal magnetization with low ((0.01 ≤ 0.2) at.%) concentration of iron impurities at T = 5 K. Using detailed analysis of experimental data obtained one have been first derived the contributions of spontaneous magnetism of electron system of iron atom donor impurity hybridized states, having the shape of magnetization curves with saturation. For comparative consideration the like measurements were carried out on non-doped mercury selenide single crystal and on that with gallium impurities (0.05 аt.%) as well. The results obtained in so doing allowed us to confirm our development of the interpretation of experimental data. On the basis of previously developed theoretical ideas about electron systems under study there have been obtained formulas, describing magnetic field dependences of spontaneous magnetization. By fitting the theoretical results to the experimental ones the parameters, characterizing spontaneous spin magnetism of impurity systems, have been determined. It turned out that the given parameters are in good agreement also with experimental data, obtained in studying the anomalies of the Hall effect and the temperature dependences of magnetic susceptibility in the same systems.