Книга представляет собой первый в отечественной и зарубежной литературе обзор, посвященный физике магнитных полупроводников. В н«м подробно рассматриваются зонная структура магнитных полупроводников, явления переноса, различные виды взаимодействия, оптические свойства,-причем основное внимание уделяется выяснению механизма явлений.
Наряду с подробным изложением теории книга содержит большой экспериментальный материал и обширную (около 900 названий) библиографию.
Книга рассчитана на физиков-экспериментаторов и теоретиков, занимающихся магнитными веществами и полупроводниками; она может также служить дополнительным пособием для аспирантов и студентов старших курсов, специализирующихся по физике твердого тела. Кроме того, обзор Метфесселя и Маттиса представляет интерес для инженеров — специалистов по электронике и радиотехнике, интересующихся магнитными материалами и их свойствами.
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
Предлагаемый перевод обзорной монографии 3. Метфесселя и Д. Маттиса «Магнитные полупроводники» (опубликованной в 18-м томе «Физической энциклопедии» под общей редакцией С. Флюгге) является по существу первым систем-атическим изложением современного состояния экспериментальных и теоретических исследований по физике полупроводниковых веществ, обладающих одновременно атомным магнитным порядком.
Следует отметить, что проблемы физики магнетизма и физики полупроводников сами по себе относятся, как это хорошо известно, к весьма актуальным и бурно развивающимся отраслям современного естествознания. Это определяется, с одной стороны, большим чисто- научным интересом, который они представляют, а с другой — необычайной практической важностью всех многочисленных технических применений магнетиг!ма и полупроводников в ведущих отраслях современфй промышленности: электронике, электроэнергетике, ракетной и ядерной технике и т. п. Все возрастающие запросы практики к созданию новых технических материалов, запросы, кото,-рые непрерывно усложняются в связи с необходимостью получения материалов с заданным комплексом физико-химических свойств, ставят перед физикой сложные задачи по разработке детальной теории строения твердых тел, открывающей возможность сознательного, научно обоснованного решения этой труднейшей задачи. Здесь особенное значение приобретает разработка таких аспектов физических исследований, которые позволяют одновременно изучать не одно, а два или более сосуществующих свойств вещества.
Именно к такого рода исследованиям относятсй исследования, рассматриваемые в предлагаемом обзоре.
Оглавление
Предисловие редактора перевода ............ g
Глава 1. Введение..............: •. . . . ц'
§ 1. Общие замечания . ; ............ It
1. «Магнитные» вещества . . . . >. . . . , . 1Г
2. Магнитные металлы, диэлектрики и полупроводники ' . ................ . . 15
§ 2. Некоторые новые свойства.......... 20
3. Проводимость и магнитный порядок..... 20
4. Техническое использование связи магнитных и электронных состояний.......... 21
§ 3. Структура книги..............22
Глава 2. Проблемы, связанные с электронной зонной структурой
магнитных материалов'. . . . . ........23
-- 5. Основные, трудности" рассмотрения системы электронов в магнитных полупроводниках.....23
§ 1. Одноэлектронная зонная модель полупроводника . 25
6. Описание одноэлектронной зонной модели . . ,"'25
7. Границы применимости одноэлектронной Ионной модели................28
§ 2. Локализованные электроны и магнитные моменты - 32
8. Орбитали и магнитные моменты изолированных
/ . атомов.............ь. . . , 32
9. Магнитные моменты атомов в твердых телах . » 42
10. Взаимодействия между магнитными моментами я твердом теле . . . ... .... . . , • „• •**
Глава 3. Теория электронных кинетических эффектов (явв«|ИЯ
переноса).......... . .. . '. . ч ^ 5»
11. Обзор ................ .;{. 63
§ 1. Магнитные диэлектрики, переход Мотта и два тйяа
запрещенных зон \ ...........-••• »-'*•
12. Качественное объяснение перехода. Мотта • i, •'
13. Примеры диэлектриков Мотта .....* • •
14. Зонная модель антиферромагнетизма -Слэтера •' ., § 2, Зонная структура редкоземельных полувроводищй»
15. Зонная структура Диэлектрика с магвятным oof , меном..........,.."••••„•'
Оглавление 403
16. Эффективный гамильтониан и магнитный полярой 68
17. Решение задачи магнитного полярона при Т = 0 70
18. Решение задачи магнитного полярона при конечной температуре............. 73
19. Рассеяние носителей спиновыми флуктуациями 75 § 3. Проводимость магнитных полупроводников . . . . 78
20. Типы движения носителей . . ....... 78
21. Электропроводность . . , . . ....... 79
22. Термоэлектрические свойства......>. . 82
/ v
Глава 4. Теория косвенного обмена ......... . . 85
23. Механизм локального обмена.......86
24. Облако поляризации. Теория возмущений ... 90
25. Облако поляризации. Случай сильной связи . . 93
26. Исследование фазового сдвига Фриделя . . . .97
27. Косвенный обмен............ 105
28. Двойной обмен.............. 112
29. Другие механизмы, приводящие к магнитному порядку................116
30. Механизмы сверхобмена ............117
Глава ,5. Электронные орбитали и энергия редкоземельных ионов .. ......,............122
31. Общие замечания . . '..........122
32. Радиусы орбиталей............ 123
33. Электронные конфигурации в основных состояниях.................. 127
34. Энергетические уровни......... . 132
35. Интерпретация экспериментально наблюдаемых спектров РЗМ........ .'.....134
Глава 6. Оптические свойства кристаллов...... . . .140
§ 1. Воздействие кристаллического поля на 4/-электроны 140
36. Характер спектров в кристаллическом поле . . . 140
37. 4/-мультиплеты в разбавленных сплавах . . . .141
38. Кристаллические поля в электростатическом при--ближении......I.........142
39. Наблюдаемые расщепления' в кристаллическом поле . . . . . , . . . . . . . ... . . 146
40. Влияние ковалентной связи на 4/-электроны . .149 § 2. 5^-орбитали в лантанидах . . -...... . . .152
41. 5rf-электроны в редкоземельных элементах . . . 162 -' 42. Оптические 4/ — Sd-переходы в кристаллах . . ... 153
43. Качественное описание взаимодействия между 4/-
и 5«?-электронами............ 156
44. Оптические спектры поглощения ионов Ей** . .157
45. Зонная структура халькогенидов европия. . . 161 § 3. Спектроскопия обменных взаимодействий.....165
404 Оглавление
46. Взаимодействие между поляризованным светом
и намагниченными веществами.......igg
47. Магнитные эффекты в спектрах поглощения . .168
48. Магнитное красное смещение........170
ч Глава 7. Экспериментальные доказательства косвенного обмена 178
49. Общие замечания.....'.......178
§ 1. Металлические и непроводящие редкоземельные вещества............... 181
50. Величина атомного магнитного момента в РЗМ веществах...............181
51. Обменные взаимодействия в редкоземельных элементах .................184
52. Магнитные взаимодействия в соединениях РЗМ элементов с элементами первого переходного ряда.................186
53. Основные свойства^ соединений типа III—V трех-' ч валентных ионов р"едких земель с N, P, As, Sb,
Bi (пниктидов) ........ ..... 189
54. Магнитные взаимодействия в редкоземельных пниктидах состава 1:1.......... 190
55. Химия соединений РЗМ элементов с элементами шестой группы . . . . . . . .' . ..... .195
56. Магнитные взаимодействия в Srf-гранатах и перо-вскитах, содержащих редкие земли......196
57. Магнитные взаимодействия в полуторных окислах редких земель ............ 203
58. Магнитные взаимодействия в соединениях состава 2 :3 со структурой ТпзР.(, содержащих редкие земли................ . 204
59. Халькогениды редкоземельных элементов состава 1 . 1............... . 208
60. Магнитные взаимодействия в РЗМ гидридах . . 219 § 2. Магнитные взаимодействия через носители заряда в
полупроводниках .............. 220
61. Халькогениды европия со структурой NaCl . . 220
62. Примесная модель Касуи.........226
63. Халькогениды трехвалентных РЗМ со структурой Th3P4 . . .............. 229
64. Обмен через электроны проводимости в Зй-соеди-нениях со структурой типа NaCl......233
65. Ферромагнитные халькогенидные хромовые шпинели .................237
66. Смешанные хромовые шпинели ........ 242
Глава 8. Электрические свойства магнитных полупроводников . 253
67. Общие замечания............ 259
§ 1. Фазовая диаграмма взаимодействующих электронов 254
68. Выбор параметров........... • 254
69.- Проводимость локализованных электронов, b
70. Локализованные электроны при Ь -»- 6С . . . . 257
71. Электронные свойства в решетке спинов, связанных двойным обменом ..........259
72. Несостоятельность модели локализованных электронов при Ь ~ Ьс............ 262
73. Модель широкой зоны для Ь > Ьс.....263
74. Электронные корреляции в магнитных металлах 264
75. Сопротивление, вызванное спиновым беспорядком 266
76. Применение зонной модели к случаю сильных электронных взаимодействий........270
§ 2. Электрические свойства 3^-полупроводников . . . 277
77. .Качественный подход к проблеме зонной структуры . . . -..............277
78. Положение ^уровней относительно уровня Ферми 279
79. Промежуточный характер окислов Sd-элементов 285
80. Последние исследования.......... 288
' § 3. Халькогениды редких земель ......... 289
81. Сравнение с Зй-полупроводниками ...... 289
82. Гигантские магниторезистивные эффекты . . .291
83. Обменные эффекты в системе Srf-электронов . . 299
84. Магнитный пробой спиновых зон ...... 300
Дополнения
I. Т. Кае у я и А. Я низе. Аномальные явления переноса в смешанных '• халькогенидах европия..............310
§ 1. Введение.................310
§ 2. Модель и энергетические уровни...... . .313
§ 3. Гигантская спиновая молекула.........318
§ 4. Механизмы примесной проводимости ....... 325
§ 5. Выводы.................. 334
Приложение..................335
II. А. Яназе и Т. Касуя. Механизмы аномальных свойств европия338
§ 1. Введение................. 338
§ 2. Аномальные магнитооптические эффекты.....339
§ 3. Аномальные магнитные свойства разбавленных сплавов . ..................345
§ 4. Заключение................ 363
Приложение 1. Теоретико-групповое рассмотрение примесного состояния............... 363
Приложение 2. Термомагнитные свойства молекулы . . . 365 Библиография....................375
Цена: 300руб.
