Магнетизм низкоконцентрированной ( 0,2 at.%) электронной системы донорных примесей железа в кристалле селенида ртути / Говоркова Т.Е., Окулов В.И., Окулова К.А., Памятных Е.А

Настоящая работа посвящена изучению магнитополевых зависимостей намагниченностисистемы донорных электронов примесей железа низкой концентрации в кристаллах селенида ртути.В рамках продолжения исследований, доказывающих существование спонтанной спиновойполяризации при столь низкой концентрации доноров, что межпримесное взаимодействие не можетобеспечить спиновое упорядочение, поставлена задача напрямую обнаружить характерныепроявления спонтанной намагниченности низкоконцентрированной системы. Возможностьпоявления спонтанной спиновой поляризации совокупности однопримесных электронных состоянийбыла обоснована в работе [1] тем, что в изучаемых системах данные состояния возникают врезультате гибридизации 3d-состояний электронов примесных атомов в полосе проводимостикристалла, обеспечивающей их единство, эквивалентное упорядочению. Проявления спонтаннойнамагниченности тех же объектов наблюдались в аномалиях эффекта Холла [2,3] и в температурныхзависимостях намагниченности [4].Измерения намагниченности M(H) проведены на СКВИД-магнитометре MPMS-5-XL притемпературе 5 K в магнитном поле H напряженностью до 50 kOe. Исследовалась сериямонокристаллических образцов селенида ртути с примесями железа с концентрациями -2·1018 см-3 (1), 7·1018 см-3 (2), 1·1019 см-3 (3), 4·1019 см-3 (4). При анализе экспериментальныхзависимостей M(H) вычитались собственные вклады диамагнетизма матрицы dH, после чего былиполучены зависимости спонтанной намагниченности M0(H), которые имеют вид кривыхнамагничивания, характерный для магнитоупорядоченных систем. На основе теоретическогоописания зависимостей M0(H) определены параметры, характеризующие спиновую намагниченностьспонтаннополяризованной системы донорных электронов. Для образцов (2-4), входящих в интервалгибридизации, определены следующие значения параметров: магнитный момент насыщения - S = 2,3Б (образец 2), S = 1,6 Б (образец 3), S = 0,4 Б (образец 4) и поле насыщения HS 35 кЭ.Установлено, что намагниченность насыщения, характеризуемая средним магнитным моментом,приходящимся на один электрон, и магнитный момент насыщения для образцов (2-3) имеютнаибольшие значения, а величина поля насыщения намного меньше, чем была бы без спонтанногонамагничивания при исследуемой температуре. Полученные параметры электронной системыотвечают ферромагнетизму, природа которого связана с прямым обменным взаимодействиемэлектронов в гибридизированных состояниях. Эти результаты согласуются с экспериментальнымиданными, полученными ранее при наблюдении аномалий эффекта Холла [2,3].В целом результат настоящей работы служит прямым подтверждением спонтанной спиновойполяризации низкоконцентрированных электронных систем и дает, тем самым, обоснованиевозможности существования обнаруженного явления в широком круге объектов.