zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1924Research ArticleСПЕКТРОСКОПИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛSPECTROSCOPY OF SOLIDSСпин-циклотронный резонанс в электронном антимониде индия при низких температурахSpin-Cyclotron Resonance in n-Type Indium Antimonide at Low TemperaturesПоклонскийН. А.PoklonskiN. A.

Минск

Minsk

poklonski@bsu.byДеревягоА. Н.DzeraviahaA. N.

Минск

Minsk

ВыркоС. А.VyrkoS. A.

Минск

Minsk

КовалевА. И.KovalevA. I.

Минск

Minsk

Белорусский государственный университетБеларусьBelarusian State UniversityBelarus202507092025924476483Copyright © Поклонский Н.А., Деревяго А.Н., Вырко С.А., Ковалев А.И., 20252025Поклонский Н.А., Деревяго А.Н., Вырко С.А., Ковалев А.И.Poklonski N.A., Dzeraviaha A.N., Vyrko S.A., Kovalev A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1924

Предложена интерпретация известных экспериментальных данных по измерению магнитного резонанса в легированных теллуром кристаллах антимонида индия n-типа со степенью компенсации K ≈ 0.1 теллура (водородоподобные доноры) цинком (водородоподобные акцепторы) на частоте 10 МГц в квантующем внешнем магнитном поле с индукцией от 0.17 до 1.70 Тл при температуре жидкого гелия. Выявлено, что наблюдаемый резонанс обусловлен поглощением электронами c-зоны квантов энергии радиочастотного (10 МГц) излучения. Переход электрона между соседними уровнями Ландау обеспечивается электрической компонентой радиоволны, а между зеемановскими подуровнями — магнитной компонентой. Количество поглощенных радиочастотных квантов при резонансе увеличивается от 3.9 · 104 до 1.6 · 105 при увеличении концентрации электронов в c-зоне от 6 · 1015 до 5 · 1018 см–3 при приблизительно постоянной степени компенсации. Расчетным путем показано, что ширина линий магнитного резонанса (“от пика до пика” первой производной от сигнала поглощения радиоволн по внешнему магнитному полю) определяется флуктуациями потенциальной энергии электронов в кристаллах вследствие их легирования и компенсации.

An interpretation of known experimental data on magnetic resonance measurements in tellurium-doped n-type indium antimonide crystals with compensation ratio K ≈ 0.1 of tellurium (hydrogen-like donors) by zinc (hydrogen-like acceptors) at 10 MHz frequency in a quantizing external magnetic field with induction from 0.17 to 1.70 T at liquid helium temperature is proposed. It is revealed that the observed resonance is caused by the absorption of an energy quanta of radio-frequency (10 MHz) radiation by c-band electrons. The electron transition between adjacent Landau levels mediated by the electric component of the radio wave, while transitions between Zeeman sublevels is driven by its magnetic component. The number of absorbed radio-frequency quanta at resonance increases from 3.9 · 104 to 1.6 · 105 with c-band electron concentration from 6 · 1015 to 5 · 1018 cm–3 at approximately constant compensation ratio. Calculations show that the width of the magnetic resonance lines (“from peak to peak” of the first derivative of the radio wave absorption signal on external magnetic field) is determined by fluctuations in the potential energy of electrons in the crystals due to their doping and compensation.

антимонид индия n-типанизкие температурыпоглощение радиоволнспин-циклотронный магнитный резонансn-type indium antimonidelow temperaturesabsorption of radio wavesspin-cyclotron magnetic resonanceАвторы признательны А.В. Родиной (ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН) за конструктивные замечания. Работа выполнена при поддержке ГПНИ Республики Беларусь “Конвергенция-2025” и Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (договор № Ф23РНФМ-054).ReferencesHandbook Series on Semiconductor Parameters. 1, Eds. M. Levinshtein, S. Rumyantsev, M. Shur, Singapore, World Scientific (1996)Handbook Series on Semiconductor Parameters. 1, Eds. M. Levinshtein, S. Rumyantsev, M. Shur, Singapore, World Scientific (1996)Э. И. Рашба. Успехи физ. наук, 84, № 4 (1964) 557—578É. I. Rashba. Sov. Phys. Usp., 7, N 6 (1965) 823—836Н. А. Поклонский, А. Н. Деревяго, С. А. Вырко. Журн. прикл. спектр., 87, № 4 (2020) 595—604N. A. Poklonski, A. N. Dzeraviaha, S. A. Vyrko. J. Appl. Spectr., 87, N 4 (2020) 652—661М. В. Кондратьев. ФТП, 20, № 8 (1986) 1485—1987M. V. Kondrat’ev. Sov. Phys. Semicond., 20, N 8 (1986) 932—933H. Kahlert, G. Bauer. Phys. Rev. B, 7, N 6 (1973) 2670—2682H. Kahlert, G. Bauer. Phys. Rev. B, 7, N 6 (1973) 2670—2682G. Bemski. Phys. Rev. Lett., 4, N 2 (1960) 62—64G. Bemski. Phys. Rev. Lett., 4, N 2 (1960) 62—64Н. А. Поклонский, С. А. Вырко, С. Л. Поденок. Статистическая физика полупроводников, Москва, КомКнига (2005)Н. А. Поклонский, С. А. Вырко, С. Л. Поденок. Статистическая физика полупроводников, Москва, КомКнига (2005)O. Madelung. Semiconductors: Data Handbook, Berlin, Springer (2004)O. Madelung. Semiconductors: Data Handbook, Berlin, Springer (2004)N. A. Poklonski, A. N. Dzeraviaha, S. A. Vyrko, A. G. Zabrodskii, A. I. Veinger, P. V. Semenikhin. AIP Adv., 11, N 5 (2021) 055016(1—9)N. A. Poklonski, A. N. Dzeraviaha, S. A. Vyrko, A. G. Zabrodskii, A. I. Veinger, P. V. Semenikhin. AIP Adv., 11, N 5 (2021) 055016(1—9)М. В. Кондратьев. ФТТ, 19, № 2 (1977) 616—617 [M. V. Kondrat’ev. Sov. Phys. Solid State, 19, N 2 (1977) 357—358]M. V. Kondrat’ev. Sov. Phys. Solid State, 19, N 2 (1977) 357—358M. Dressel, G. Grüner. Electrodynamics of Solids. Optical Properties of Electrons in Matter, Cambridge, Cambridge University Press (2003)M. Dressel, G. Grüner. Electrodynamics of Solids. Optical Properties of Electrons in Matter, Cambridge, Cambridge University Press (2003)D. Jena. Quantum Physics of Semiconductor Materials and Devices, Oxford, Oxford University Press (2022)D. Jena. Quantum Physics of Semiconductor Materials and Devices, Oxford, Oxford University Press (2022)Н. Б. Брандт, С. М. Чудинов. Успехи физ. наук, 137, № 3 (1982) 479—499N. B. Brandt, S. M. Chudinov. Sov. Phys. Usp., 25, N 7 (1982) 518—529Я. Хайду, Г. Ландвер. В сб.: Сильные и сверхсильные магнитные поля и их применение, под ред. Ф. Херлаха, Москва, Мир (1988) 31—140J. Hajdu, G. Landwehr. In: Strong and Ultrastrong Magnetic Fields and Their Applications, Ed. F. Herlach, Berlin, Springer (1985) 17—112Yu. A. Firsov, V. L. Gurevich, R. V. Parfeniev, I. M. Tsidil’kovskii. In: Landau Level Spectroscopy (Modern Problems in Condensed Matter Science, 27.2), Eds. G. Landwehr, E. I. Rashba, Amsterdam, North-Holland (1991) 1181—1302Yu. A. Firsov, V. L. Gurevich, R. V. Parfeniev, I. M. Tsidil’kovskii. In: Landau Level Spectroscopy (Modern Problems in Condensed Matter Science, 27.2), Eds. G. Landwehr, E. I. Rashba, Amsterdam, North-Holland (1991) 1181—1302Н. А. Поклонский, С. А. Вырко, А. Н. Деревяго. ФТП, 52, № 6 (2018) 544—553N. A. Poklonski, S. A. Vyrko, A. N. Dzeraviaha. Semiconductors, 52, N 6 (2018) 692—701Н. А. Поклонский, С. А. Вырко, А. Г. Забродский. ФТТ, 46, № 6 (2004) 1071—1075 [N. A. Poklonski, S. A. Vyrko, A. G. Zabrodskii. Phys. Solid State, 46, N 6 (2004) 1101—1106B. K. Ridley. Quantum Processes in Semiconductors, Oxford, Oxford University Press (2013)B. K. Ridley. Quantum Processes in Semiconductors, Oxford, Oxford University Press (2013)A. M. Mathai, H. J. Haubold. Probability and Statistics: A Course for Physicists and Engineers, Berlin, De Gruyter (2018)A. M. Mathai, H. J. Haubold. Probability and Statistics: A Course for Physicists and Engineers, Berlin, De Gruyter (2018)Т. Л. Агекян. Теория вероятностей для астрономов и физиков, Москва, Наука (1974)Т. Л. Агекян. Теория вероятностей для астрономов и физиков, Москва, Наука (1974)В. А. Маргулис. ФТТ, 23, № 3 (1981) 897—899V. A. Margulis. Sov. Phys. Solid State, 23, N 3 (1981) 515—516С. Т. Павлов, Ю. А. Фирсов. ФТТ, 7, № 9 (1965) 2634—2647S. T. Pavlov, Yu. A. Firsov. Sov. Phys. Solid State, 7, N 9 (1965) 2131—2140Р. В. Парфеньев, Г. И. Харус, И. М. Цидильковский, С. С. Шалыт. Успехи физ. наук, 112, № 1 (1974) 3—36R. V. Parfen’ev, G. I. Kharus, I. M. Tsidil’kovskii, S. S. Shalyt. Sov. Phys. Usp., 17, 1 (1974) 1—19Ф. Г. Басс, И. Б. Левинсон. ЖЭТФ, 49, № 3 (1965) 914—924F. G. Bass, I. B. Levinson. Sov. Phys. JETP, 22, N 3 (1966) 635—642Yu. A. Firsov, V. L. Gurevich, R. V. Parfeniev, S. S. Shalyt. Phys. Rev. Lett., 12, N 24 (1964) 660—662Yu. A. Firsov, V. L. Gurevich, R. V. Parfeniev, S. S. Shalyt. Phys. Rev. Lett., 12, N 24 (1964) 660—662В. И. Иванов-Омский, Б. Т. Коломиец, Е. М. Шерегий. Письма в ЖЭТФ, 18, № 6 (1973) 337—339V. I. Ivanov-Omskii, B. T. Kolomiets, E. M. Sheregii. Sov. Phys. JETP Lett., 18, N 6 (1973) 199—200N. A. Poklonski, S. A. Vyrko, A. I. Kovalev, A. N. Dzeraviaha. J. Phys. Commun., 2, N 1 (2018) 015013 (1—14)N. A. Poklonski, S. A. Vyrko, A. I. Kovalev, A. N. Dzeraviaha. J. Phys. Commun., 2, N 1 (2018) 015013 (1—14)Н. А. Поклонский, С. А. Вырко, А. Н. Деревяго. Журнал БГУ. Физика, № 2 (2020) 28—41Н. А. Поклонский, С. А. Вырко, А. Н. Деревяго. Журнал БГУ. Физика, № 2 (2020) 28—41Н. А. Поклонский, С. А. Вырко. Журн. прикл. спектр., 69, № 3 (2002) 375—382N. A. Poklonskii, S. A. Vyrko. J. Appl. Spectr., 69, N 3 (2002) 434—443

The authors declare that there are no conflicts of interest present.