Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Кинетические явлення. Наиб, ярким проявлением роди обменного взаимодействия электронов с лока-лизов. магн. ионами является гигантское отрицат. магнетосопротпивление. Ap(H), наблюдаемое в узкоще-
ф 3 Физическая энциклопедия, т. 4
левых П. п. jo-типа (р уменьшается на 5—7 порядков в полях H ~ 4—5 Тл). Уменьшение р в магн. поле в ряде случаев сопровождается фазовым переходом полупроводник — металл (см. Переход металл — диэлектрик). Этот переход обусловлен уменьшением энергии ионизации акцепторных прнмесей и ростом радиуса волновой ф-цни аицепториых состояний в маги, поле из-за специфики квантования валентной зоны П. п. и разрушения состояний связанного магн. полярона. -Др. особенность кииетич. явлений в П. п.— немонотонная зависимость амплитуды осцилляций Шубнико-ва — де Хааза от H и Т, обусловленная разл. вкладом обменного взаимодействия в энергию разных спиновых подуровней Ландау (см. Квантовые осцилляции, в магнитном поле).
Оптические свойства. Специфика энергетнч. спектра свободных и локализов. состояний носителей заряда в П. п. приводит к особенностям оптич. и магн.-оптич. явлений. В П, п. наблюдаются гигантский Фарадея эффект при энергиях фотонов, близких к энергии края фундам. поглощения (в Cd1^M % Te Берде постоянная достигает 36000 г рад/см-Тл), сильная зависимость от маги, поля стоксовского сдвига в спектрах комбинационного рассеяния света и расщепления линий цогло-щеиия свободных и связанных экситонов.
Лит.: Ляпилин И. И., Цидильковский И. М., Узкощелевые полумагнитиые полупроводники, «УФН», 1985, т. 146, с. 35; Б г а п d t N. Б., MoschchaIkov V. V., Semimagnetic semiconductors, «Adv. Phys.», 1084, v. 33, M 3, p. 193; Башкин Є. П., Спиновые волны и квантовые коллективные явления в больцмановских газах, «УФН», 1986, т. 148, В. 3, с. 433. Г. М. Миньков, И. М. Цидилъковский.
ПОЛУМЕТАЛЛЫ — металлы, обладающие аномально малым числом (10_3 — IO'6) носителей заряда, приходящихся на один атом вещества. П. обладают всемн свойствами металлов при низких темп-pax T (наличием вырожденной системы носителей заряда, постоянством их концентрации вплоть до темп-p T — 0 К, характером электропроводности). С др. стороны, ряд свойств П. делает их похожими на полупроводники: значительно более низкая электропроводность, чем у металлов; заметное возрастание числа носителей при повышении темп-ры. П. занимают промежуточное положение между металлами и полупроводниками.
П. являются элементы V группы периодич. системы элементов (As, Sb, Bi), графит и нек-рые соединения (GeTe и др.). Все П. имеют одинаковое число электронов и дырок и относятся к компенсиров. металлам с чётным числом валентных электронов, приходящихся на элементарную ячейку кристалла.
Полуметаллич. состояние у элементов V группы возникает вследствие структурной неустойчивости металла с простой кубич. решёткой, являющегося своеобразной «прафазой» П. Этот «праметалл* обладает ферми-поверхностъю с большими плоскими участками, размеры к-рых сопоставимы с размерами Бриллюэна зоны. При нормальных давлениях термодинамически более выгодной оказывается слабо искажённая ромбоэдрич. структура с удвоенным периодом в направлении одной из пространств, диагоналей исходного куба. Переход к искажённой структуре подобен Найерлса переходу в одномерных металлах (см. Квазиодномерные соединения). При высоких давлениях р металлич. прафаза оказывается устойчивой. Её восстановление при всестороннем сжатии экспериментально наблюдалось у Bi(BiII) при р — 26 кбар, у Sb(SbII) при р = 78 ибар.
В отличие от одномерного случая, где Пайерлса переход приводит к образованию электронного энерге-тич. спектра диэлектрика с конечной величиной запрещённой зоны, в трёхмерном случае неустойчивость пра-фазы может приводить к образованию иак диэлектрич. спектра, так и пол у металлического. Для последнего характерно перекрытие разрешённых зон. Оно оказывается возможным из-за чётности числа атомов и валентных электронов в элементарной ячейке, возникающей в результате удвоения периода решётнн (у П. V
33
ПОЛУМЕТАЛЛЫ
ПОЛУМЕТАЛЛЫ
группы элементарная ячейка содержит 2 пятивалентных атома н 10 валентных электронов).
Чистые As, Sb, Bi имеют полуметаллнч. спектр. Сплавы Bi н Sb (Bi1^cSbx) в интервале составов
0,065 ? х ? 0,23 являются полупроводникамн с узкой запрещённой зоной fg ^ 0,025 эВ.
Иную пркроду имеет происхождение полуметаллнч. состояния в графите. Атомы С в отд. слое графвта расположены в вершинах правильных шестиугольников к образуют структуру с полностью насыщенными связями. Электронный энергетнч. спектр такого слон является спектром бесщелевого полупроводника. Слабое перекрытие волновых ф-цкй электронов в соседних слоях пркводкт к вознккновенню полуметаллнч. спектра трёхмерного графкта с перекрытием зон ~ 0,04 эВ.
Аналкз происхождения электронного энергетнч. спектра П. позволяет понять, с чем связано накб. характерное для всех П. свойство — малое число носителей заряда на одни атом вещества. Столь же типично для П. малое значение эфф. масс т электронов к дырок в нек-рых направленкях в зоне Бриллюэна (IOr8 — 10~8 от массы щ свободного электрона).
