Динамические эффекты в спектрах ЭПР термоэлектрических кристаллов Pb_1-x Mn_xTe

Методом ЭПР показано, что повышение средней концентрации марганца в полумагнитных термоэлектрических кристаллах Pb_1-хMn_хTe (x > 0,002) приводит к неоднородному распределению ионов Mn²⁺ по объему образовавшегося твердого раствора и формированию микроскопических областей с повышенным содержанием марганца. В этих областях реализуется эффект дипольной неустойчивости со смещением иона Mn²⁺ из центра координационного октаэдра в одну из 8 равновесных нецентральных позиций тригонального типа. На нижнем листе адиабатического потенциала иона Mn²⁺ каждой такой позиции соответствует потенциальная яма эквивалентного вида, отделенная от других ям энергетическими барьерами. Анализ угловых и температурных зависимостей в спектрах ЭПР показывает, что указанные барьеры не высокие, вследствие чего примесный ион способен туннелировать сквозь барьеры с частотой, намного превышающей частоту ЭПР.

термоэлектрик, теллурид свинца, ЭПР, марганец, примесь, дипольная неустойчивость, нецентральная позиция

1. Junhao Chu, Arden Sher. Physics and properties of narrow gap semiconductors. Shpringer Science-Business Media, LLC. 2008, 605 p.

2. K. Hoang, S. D. Mahanti, M.G. Kanatzidis. Impurity clustering and impurity-induced bands in PbTe-, SnTe-, and GeTe-based bulk thermoelectrics. Phys. Rev. B, v.81, p.115106 (2010)

3. J. Androulakis, Y. Lee, I. Todorov, Duck-Young Chung, M. Kanatzidis. High-temperature thermoelectric properties of n-type PbSe doped with Ga, In, and Pb. Phys. Rev. B, v.83, p.195209 (2011)

4. E.S. Bozin, C.D. Malliakas, P. Souvatzis, T. Proffen, N.A. Spaldin, M.G. Kanatzidis, S.J.L. Billinge. Entropically stabilized local dipole formation in lead chalcogenides // Science, v.330, p.1660-1663 (2010).

5. K.M.O. Jensen, E.S. Bozin, C.D. Malliakas, M.B. Stone, M.D. Lumsden, M.G. Kanatzidis, S.M. Shapiro, S.J.L. Billinge. Lattice dynamics reveals a local symmetry breaking in the emergent dipole phase of PbTe // Phys. Rev. B, v. 86, P.085313 (2012)

6. Трофимов В.Т., Аббасов Г.З., Спрингхольц Г. и др. Энергетическая диаграмма гетероперехода Pb1-xMnxTe/PbTe // ФТП. 1993. Т.27, вып.7. C.1158-1164.

7. H. Lettenmayr, W. Jantsch, L. Palmetehofer. Temperature induced clustering of Mn in Pb1-xMnxTe // Solid State Communications, V.64, no.10, P.1253-1255 (1987).

8. M. Bartkowski, D.J. Northcott, A.H. Reddoch. Superhyperfine structure in the EPR spectra of Mn2+ ions in PbTe // Physical Review B, V.34, no.9. P.6506-6508 (1986).

9. Ройцин А.Б., Пляцко С.В., Громовой Ю.С. и др. Проявление механических напряжений в электронном парамагнитном резонансе гетеросистем на основе соединений AIVBVI, легированных примесью марганца // ФТП. 1992. Т.26, вып.12. С.2091-2097.

10. V.A.Ulanov, A.M. Sinitsyn, R.R. Zainullin, E.R. Zhiteitsev. EPR observation of lattice instabilities in narrow gap semiconductor PbTe doped by Mn2+ impurity ions. Book of Abstracts XV International Feofilov Symposium on spectroscopy of crystals doped with rare earth and transition metal ions. September 16-20, 2013. Kazan (Russia). p.158.

11. Абрагам А., Блини Б. Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов. М.: Мир, 1972. Т.1. 652 с.

12. Yi Zhang, Xuezhi Ke, P.R.C. Kent, Jihui Yang, Changfeng Chen. Anomalous Lattice Dynamics near the Ferroelectric Instability in PbTe // Phys. Rev. Lett., v.107, p.175503 (2011).

13. A. Mahendra, S.P. Sanyal. Effect of doping on dynamical properties of diluted magnetic semiconductors // Indian Journal of Pure and Applied Physics, June 2004, vol.42, no.6, pp. 440-444 (2004).

14. M. Bukała, P. Sankowski, R. Buczko, P. Kacman. Structural and electronic properties of Pb1-xCdxTe and Pb1-xMnxTe ternary alloys // Phys. Rev. B, v. 86, p.085205 (2012).

15. Берсукер И.Б. Эффект Яна-Теллера и вибронные взаимодействия в современной химии. М.: Наука, 1987. 344 с.

16. Вихнин В.С. Реориентационная и спин-решеточная релаксация, обусловленная туннельно-контролируемым процессом // ФТТ. 1978. Т.20. С.1340-1346.

17. K.P.Lee, D.Walsh. Theory of tunneling assisted electron-spin-lattice relaxation // Canadian Journal of Physics, v.49, p.1620-1629 (1971).

18. S.B.Oseroff, R.Calvo. Anisotropy and field dependence of the electron-paramagnetic-resonance linewidth of Ag:Dy // Phys. Rev. B, v.18, p.3041-3047 (1978).