Динаміка спінових систем та мікрохвильове поглинання в напівпровідниках та низькоомних твердих розчинах

Виходячи з аналізу проведених досліджень можна сформулювати такі основні результати та ВИСНОВКИ роботи:

1. Встановлено зв'язок між процесами поступового розупорядкування поверхні монокристалічного напівпровідника (Si) під дією іонної імплантації та динамікою парамагнітної системи дефектів, зумовлених розривом =Si=Si= зв'язків. З ростом концентрації ПЦ активізуються процеси стрибкового руху електронів і пов'язаний з ними механізм спін-граткової релаксації, температурна залежність швидкості якої вказує на перевагу “стрибків змінної довжини”. У випадку аморфних плівок (a-C: H) бомбардування різними іонами (W, Ni) стимулює процеси ефузії водню і структурної релаксації плівок. Це приводить до немонотонної залежності концентрації дефектів від дози імплантації і зміні “рухового” і супернадтонкого внесків у ширину лінії ЕПР.

2. Наявність носіїв струму в напівпровіднику приводить до ефективних механізмів спін-залежних носій-домішкових взаємодій. Виявлено новий фізичний ефект – спінову орієнтацію локальних центрів, зумовлену спін-залежними процесами захоплення на них фотозбуджених носіїв [Si: (Cr+-B-) ]. Ступінь орієнтації визначається коефіцієнтом спін-залежного захоплення a, а кутова залежність величини ефекту пов'язана з впливом локальних полів в умовах динамічного контакту спін-систем носіїв і локальних центрів. Наявність динамічного контакту приводить також до прискорення спінової релаксації локальних ПЦ, детальне вивчення якої дозволило вперше визначити низькотемпературні перерізи захоплення електронів на центри Cr+ і (Cr+-B-) у кремнії.

3. Інший механізм спінової орієнтації реалізується в системі оптично збуджених триплетних станів радіаційних дефектів у кремнії (Si-S1 центри). Уперше показано, що нерівноважність спінових станів триплету забезпечується селективністю процесів переходу з метастабільного триплетного стану в основний – синглетний. Спостережувана температурна залежність величини орієнтації визначається ефективністю власних механізмів спін-граткової релаксації триплетних центрів.

4. Спінова динаміка в системах зі зниженою розмірністю має істотні особливості. Вперше встановлено, що при відпалі зразків Cz -кремнію (Твід@650° С) у результаті кластеризації кисню і формування протяжних дефектів утворюються два типи електрично активних ПЦ, зумовлених: а) локалізацією електронів на флуктуаціях кристалічного потенціалу (термодонори ТД-II) ; б) захопленням електронів на просторово обмежені квазідвомірні структури – дислокаційні диполі (Si-nК центри). Рух електрона в потенціалі дислокаційного диполя підсилює магнето-електричний зв'язок та індукує переходи між спіновими підрівнями за рахунок електричної (E1) компоненти НВЧ поля, породжуючи новий тип резонансних сигналів – електродипольний спіновий резонанс. Інтенсивність і форма ліній ЕДСР є пов'язаними з орієнтацією E1 і описуються теорією ЕДСР.

5. У зразках з Si-nК центрами виявлено сильне нерезонансне мікрохвильове поглинання, природа якого пов'язана з НВЧ-провідністю за рахунок термоактивованого стрибкового руху електронів уздовж дислокаційних диполів. З температурної залежності величини ефекту визначена енергія активації стрибків e1 @ 0, 4 меВ. Встановлено, що електрони захоплюються на ДД із системи термодонорів ТД-II, переводячи ДД у електрично активний і парамагнітний (Si-nК центри) стан. Динаміка сигналів резонансного (ЕДСР) і нерезонансного поглинання є незвичайною і вказує на тенденцію до їх різкого послаблення при Т®0, що пов'язано з уповільненням стрибкового руху.

6. У твердих 3-d розчинах з високою рівноважною концентрацією носіїв виділено три типи парамагнітних підсистем: s- електрони провідності, ізольовані локалізовані моменти (d-електрони) і суперпарамагнітні кластери. Динаміка їх взаємодії визначає температурні залежності g-фактора сигналу ЕПР і магнітної сприйнятливості матеріалу. Виявлено, що введення водню в 3-d сплави ініціює сигнал феромагнітного резонансу, ширина якого визначається розсіюванням електронів на атомах водню. Встановлено кореляцію між процесами десорбції міжвузлевого водню і динамікою сигналу ФМР, з аналізу якої визначена енергія активації процесів міграції водню Еа=0, 56±0, 02 еВ. У сплавах Ni2MnGa з магнітною пам'яттю форми вперше встановлено зв'язок між значеннями коефіцієнтів магнітної анізотропії, концентрацією вільних носіїв і величиною ефекту магніто-індукованої деформації.

7. Динаміка мікрохвильового поглинання змінюється принципово в умовах надпровідності. Внаслідок синглетного спаровування електронів сигнали ЕПР носіїв у таких системах є пригніченими, однак при ТЈТс виникають нові сигнали мікрохвильового відгуку в слабких магнітних полях, обумовлені, зокрема, наявністю слабких зв'язків. У випадку дислокаційно-індукованої надпровідності у надгратках PbTe-PbS виявлено сигнали типу “гістерезисна петля”, природа яких пов'язана з можливістю реверса критичного стану надпровідника поблизу поверхні зразка. У монокристалах ВТНП вперше виявлено і пояснено періодичний по Н-полю мікрохвильовий відгук. Його природа пов'язана з утворенням замкнутих контурів квантування магнітного потоку та ефектом макроскопічної квантової інтерференції (НКВІД-ефект). Виміри релаксації магнітного потоку за допомогою “природних” НКВІДів в цих же зразках показують наявність “слабких” центрів пінінга, зумовлених присутністю безлічі слабких зв'язків.

8. Динаміка ПЦ в умовах взаємодії пара- і феромагнітних підсистем істотно модифікується. У фулериті С60 і вперше синтезованому композиті С60: Er з'ясовано природу ЕПР-активних дефектів, пов'язану з катіонами-радикалами С60+, спін яких досить жорстко локалізований при кімнатних температурах. У композиті виявлена сильна зміна