CC BY
23
УДК 669.018: 669.014
ИССЛЕДОВАНИЕ СВЕРХТОНКИХ ПОЛЕЙ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
СИСТЕМЫ
НЕВЗОРОВ Н.А., ПЕТРОВ Г.И., МАТУХИН В.Л., ПОГОРЕЛЬЦЕВ А.И.,
ГАБЛИНА И.Ф.
Приведены результаты экспериментального исследования мессбауэровским методом полупроводников системы Си-Жв-Б. Получены значения сверхтонких полей для трёх соединений при комнатной температуре: халькопирита (СиЖвБ2 ), кубанита (СиЖв^Бз), борнита (Си5ЖвБ4 ).
Введение
Соединения системы Cu-Fe-S представлены в природе как рудные полупроводниковые минералы. Особый интерес представляет наличие у некоторых из этих соединений магнитоупорядоченной структуры, что позволяет использовать их в современных радиоэлектронных устройствах. Вместе с тем, практически отсутствуют детальные исследования электронной и магнитной структуры соединений данной системы, а имеющиеся в литературе результаты носят противоречивый характер. В зависимости от целей и задач практического применения (в качестве полупроводников или других материалов) изменяются требования к физико-химическим свойствам, совершенству и чистоте кристаллических веществ. Обоснованный выбор критериев наиболее полного использования указанных свойств предусматривает проведение комплекса исследований, направленных на выявление как условий образования этих минералов в природе, так и в синтеза на их основе искусственных минералов с заданными свойствами. Среди физических методов, примененных при изучении кристаллов следует особо выделить методы ядерного резонанса (ЯМР, ЯКР, ЯГР). Высокая информативность этих методов в изучении электронно-ядерных взаимодействий зависимости измеряемых параметров от различного рода нарушений и изменений структуры, влияния температуры, давления внутренних и внешних магнитных полей и т.д. доказана на многих модельных объектах. Цель настоящей работы состояла в исследовании особенностей магнитных свойств полупроводниковых соединений системы Cu-Fe-S.
Методика эксперимента
Были исследованы антиферромагнетики типа Cu-Fe-S следующих соединений: кубанит (CuFe2S3), борнит (Cu5FeS4) и халькопирит (CuFeS2). Все исследуемые образцы были приготовлены из мелкодисперсных порошков в виде таблеток. Измерения проводились в лаборатории ядерной физики кафедры ФТТ КГУ на стандартном мессбауэровском спектрометре МС 1101Э, работающем в режиме постоянного ускорения. В качестве мессбауэровского источника использовался 57Со в матрице Сг, активностью 10 mC. Спектры всех исследуемых образцов снимались в геометрии пропускания излучения гамма квантов. Для всех образцов спектры были получены при температуре 300К. Для математических расчетов спектров использовалась стандартная компьютерная программа.
© Н.А. Невзоров, Г.И. Петров, В.Л. Матухин, А.И. Погорельцев, И. Ф. Габлина Проблемы энергетики, 2003, № 7-8
Результаты эксперимента и обсуждение
На рис.1. изображен мессбауэровский спектр халькопирита. В спектре, полученном при температуре 300К, присутствуют один парамагнитный дублет и один секстет см. таблицу. Параметры дублета: химический сдвиг 5»0,28 мм/с, характеризующее высокоспиновое железо в степени окисления +3, квадрупольное расщепление Д»-0,16 мм/с. Величина сверхтонкого поля секстета соответствует значению 352 кЭ. Данное значение сверхтонкого поля согласуется с работой [2], в которой было исследовано данное соединение.
-12 -9 -6 -3 0 3 6 9
Рис. 1. Мессбауэровский спектр халькопирита
12 V, мм/с
На рис.2. представлен мессбауэровский спектр кубанита. Данные математической обработки (см. таблицу) показывают, что в спектре, полученном при 300К, присутствует один парамагнитный дублет с химическим сдвигом 5»0,82 мм/с и квадрупольное расщепление Д»0,57 мм/с. Значения сверхтонких полей показывают, что ядра атома железа находятся в двух магнитонеэквивалентных положениях. Первому секстету соответствует величина сверхтонкого поля 317 кЭ,
а второму - 333 кЭ.
Рис. 2. Мессабауэровский спектр кубанита
Мессбауэровские параметры соединений системы Си-Ре^
№ Образец Химический сдвиг, мм/с (±0,02) Квадропольное расщепление, мм/с (±0,02) Магнитное сверхтонкое поле, Нэфф, кЭ (±1)
1 СиРе82
(халькопирит)
а)дублет 0,28 -0,16 -
б) секстет 0,31 0,00 352
2 СиРЄ28з
(кубанит)
а)дублет 0,82 0,57
б) секстет № 1 0,41 0,52 317
в) секстет № 2 0,38 0,57 333
3 Си5Ре84
(борнит) 0,52 - -
На рис.3. изображен мессбауэровский спектр борнита. Спектр представляет собой один синглет. Значение химического сдвига 5»0,52 мм/с.
-12 -9 -6 -3 0 3 6 9 12 V, мм/с
Рис. 3. Мессабауэровский спектр борнита
Выводы
Результаты данных мессбауэровских исследований показали, что соединения системы Си-Ре-8 при комнатной температуре, в зависимости от процентного содержания химических элементов, могут иметь различные магнитные состояния. В частности, халькопирит и кубанит имеют антиферромагнитную фазу, а борнит находится в парамагнитной фазе.
Предварительные результаты проделанной работы опубликованы ранее в тезисах [3].
Summary
The results of the experimental investigation by the Moessbauer method of the semiconductors of system Cu-Fe- S are given. Are obtained the value of superfine fields for three connections at room temperature: chalcopyrite (CuFeS2), cubanite (CuFe2S3), bornite (Cu5FeS4).
Литература
1. Hang Nam Ok, Kyung Seon Baek, Eun Choi, “Mossbauer study of antiferromagnetic CuFeS2-xSex.” Physical review B, vol. 50, number 14, 1994.
2. J. Piekoszewski, J. Suwalski, S. Ligenza “Mossbauer effect study in chalcopyrite.” Phys. stat. sol. 29 , k99 (1968).
3. Н.А. Невзоров, Г.И. Петров, А.И. Погорельцев, В.Л. Матухин. «Сверхтонкие поля в антиферромагнетиках типа Cu-Fe-S» Тезисы докладов VIII международной конференции «Мессбауэровская спектроскопия и её применение». - Санкт-Петербург, - 2002. С. 89.
