SPIN-PHONON MAGNETIC RESONANCE OF CONDUCTION ELECTRONS IN INDIUM ANTIMONIDE CRYSTALS
Abstract
The resonance absorption of radio waves (with a frequency of 10 MHz) by c-band electrons in indium antimonide crystals doped with hydrogen-like donors (tellurium atoms) at room temperature in an external magnetic field has been theoretically studied. The known experimental data obtained for samples with electron concentrations in the range from 6 · 1015 to 5 · 1018 cm-3 are analyzed and interpreted. Our calculations based on the laws of conservation of energy and the quasi-wave vector for electrons and optical phonons have shown that the resonance absorption of radio waves by n-InSb:Te crystals in the magnetic field is due to a spin-phonon resonance. The resonance arises as a result of the spin-flip interaction of the c-band electron with the optical phonon, assisted by the resonant radio wave absorption in the magnetic field. A physical picture of the phenomenon is given, analytical relations are presented, and calculations are carried out that are consistent with the experimental data that previously could not be interpreted at all.
About the Authors
N. A. Poklonski
Belarusian State University
Belarus
220030, Minsk
Belarus
220030, Minsk
А. N. Dzeraviaha
Belarusian State University
Belarus
220030, Minsk
Belarus
220030, Minsk
S. A. Vyrko
Belarusian State University
Belarus
220030, Minsk
Belarus
220030, Minsk
References
1. G. A. Khodaparast, R. C. Meyer, X. H. Zhang, T. Kasturiarachchi, R. E. Doezema, S. J. Chung, N. Goel, M. B. Santos, Y. J. Wang. Physica E, 20, N 3–4 (2004) 386—391
2. G. Bemski. Phys. Rev. Lett., 4, N 2 (1960) 62—64
3. M. A. Khayer, R. K. Lake. IEEE Trans. Electron Devices, 55, N 11 (2008) 2939—2945
4. O. Madelung. Semiconductors: Data Handbook, Berlin, Springer (2004)
5. S. Adachi. Properties of Semiconductor Alloys: Group-IV, III-V and II-VI Semiconductors, Chippenham, Wiley (2009)
6. Ю. М. Гальперин, Е. М. Гершензон, И. Л. Дричко, Л. Б. Литвак-Горская. ФТП, 24, № 1 (1990) 3—24
7. E. O. Kane. J. Phys. Chem. Solids, 1, N 4 (1957) 249—261
8. E. Sijerčić, K. Mueller, B. Pejčinović. Solid-State Electron., 49, N 8 (2005) 1414—1421
9. H. Kosaka, A. A. Kiselev, F. A. Baron, K. W. Kim, E. Yablonovitch. Electron. Lett., 37, N 7 (2001) 464—465
10. R. S. Popovic. Hall Effect Devices, Bristol, IOP Publishing (2003)
11. М. В. Кондратьев. ФТТ, 19, № 2 (1977) 616—617
12. М. В. Кондратьев. ФТП, 20, № 8 (1986) 1485—1487
13. Н. А. Поклонский, С. А. Вырко, А. Г. Забродский. ФТТ, 46, № 6 (2004) 1071—1075
14. Н. Б. Брандт, С. М. Чудинов. УФН, 137, № 3 (1982) 479—499
15. Y.-F. Chen, M. Dobrowolska, J. K. Furdyna. Phys. Rev. B, 31, N 12 (1985) 7989—7994
16. F. Qu, J. van Veen, F. K. de Vries, A. J. A. Beukman, M. Wimmer, W. Yi, A. A. Kiselev, B.-M. Nguyen, M. Sokolich, M. J. Manfra, F. Nichele, C. M. Marcus, L. P. Kouwenhoven. Nano Lett., 16, N 12 (2016) 7509—7513
17. М. В. Кондратьев. ФТП, 13, № 2 (1979) 382—384
18. А. В. Кессених. УФН, 179, № 7 (2009) 737—764
19. В. В. Слынько, Е. И. Слынько, А. Г. Хандожко, Ю. К. Выграненко. ФТП, 31, № 10 (1997) 1187—1191
20. P. Braun, S. Grande. Phys. Status Solidi B, 72, N 1 (1975) K73—K76
21. G. Dresselhaus, A. F. Kip, C. Kittel. Phys. Rev., 98, N 2 (1955) 368—384
22. Э. И. Рашба. УФН, 84, № 4 (1964) 557—578
23. W. Zawadzki. Phys. Lett., 4, N 3 (1963) 190—191
24. Ф. Г. Басс, И. Б. Левинсон. ЖЭТФ, 49, № 3(9) (1965) 914—924
25. А. Ю. Матулис. ФТТ, 9, № 8 (1967) 2238—2241
26. С. Т. Павлов, Ю. А. Фирсов. ЖЭТФ, 49, № 5(11) (1965) 1664—1680
27. С. Т. Павлов, Ю. А. Фирсов. ФТТ, 7, № 9 (1965) 2634—2647
28. В. А. Маргулис. ФТТ, 23, № 3 (1981) 897—899
29. Р. В. Парфеньев, Г. И. Харус, И. М. Цидильковский, С. С. Шалыт. УФН, 112, № 1 (1974) 3—36
30. Yu. 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, NorthHolland (1991) 1181—1302
31. М. И. Каганов, С. Кляма. ФТТ, 20, № 8 (1978) 2360—2368
32. В. И. Окулов, Е. А. Памятных, Г. А. Альшанский. Физика низких температур, 35, № 2 (2009) 194—196
33. W. Zawadzki. Adv. Phys., 23, N 3 (1974) 435—522
34. K. W. Böer, U. W. Pohl. Semiconductor Physics, Berlin, Springer (2018)
35. R. A. Isaacson. Phys. Rev., 169, N 2 (1968) 312—314
36. A. E. Stephens, D. G. Seiler, J. R. Sybert, H. J. Mackey. Phys. Rev. B, 11, N 12 (1975) 4999—5001
37. A. V. Vdovin, E. M. Skok. Phys. Status Solidi B, 136, N 2 (1986) 603—613
38. L. M. Roth, B. Lax, S. Zwerdling. Phys. Rev., 114, N 1 (1959) 90—104
39. K. L. Litvinenko, L. Nikzad, C. R. Pidgeon, J. Allam, L. F. Cohen, T. Ashley, M. Emeny, W. Zawadzki, B. N. Murdin. Phys. Rev. B, 77, N 3 (2008) 033204(1—4)
40. Ж. Винтер. Магнитный резонанс в металлах, Москва, Мир (1976)
41. Н. А. Поклонский, С. А. Вырко, О. Н. Поклонская, Н. М. Лапчук, С. Мунхцэцэг. Журн. прикл. спектр., 80, № 3 (2013) 379—384 [N. A. Poklonski, S. A. Vyrko, O. N. Poklonskaya, N. M. Lapchuk, S. Munkhtsetseg. J. Appl. Spectr., 80 (2013) 366—371]
42. А. А. Овчинников. Электрохимия, 39, № 1 (2003) 19—23
43. А. В. Тимофеев. УФН, 176, № 11 (2006) 1227—1236
44. В. В. Косарев, Н. А. Редько, В. И. Белицкий. ЖЭТФ, 100, № 2(8) (1991) 492—509
45. B. A. Aronzon, I. M. Tsidilkovskii. Phys. Status Solidi B, 157, N 1 (1990) 17—59
46. Ан. В. Виноградов. ЖЭТФ, 70, № 3 (1976) 999—1008
47. А. И. Вейнгер, А. Г. Забродский, Т. В. Тиснек, Г. Бискупски. ФТП, 32, № 5 (1998) 557—563
48. N. A. Poklonski, S. A. Vyrko, A. I. Kovalev, A. N. Dzeraviaha. J. Phys. Commun., 2, N 1 (2018) 015013(1—14)
49. Н. А. Поклонский, С. А. Вырко, А. Н. Деревяго. Журн. Бел. гос. ун-та. Физика, № 2 (2020) 28—41
50. Л. Б. Иоффе, А. И. Ларкин. ЖЭТФ, 81, № 3(9) (1981) 1048—1057
51. Н. А. Поклонский, С. А. Вырко. Журн. прикл. спектр., 69, № 3 (2002) 375—382 [N. A. Poklonski, S. A. Vyrko. J. Appl. Spectr., 69 (2002) 434—443]
Review
For citations:
Poklonski N.A., Dzeraviaha А.N., Vyrko S.A. SPIN-PHONON MAGNETIC RESONANCE OF CONDUCTION ELECTRONS IN INDIUM ANTIMONIDE CRYSTALS. Zhurnal Prikladnoii Spektroskopii. 2020;87(4):595-604. (In Russ.)
Views: 538
Email this article 