ЖЭТФ, Том 157,
Вып. 5,
стр. 814 (Май 2020)
(Английский перевод - JETP,
Vol. 130, No 5,
p. 681,
May 2020
доступен on-line на www.springer.com
)
Природа энергетических состояний в запрещенной щели Zn1-xMnxO
Соколов В.И., Груздев Н.Б., Важенин В.А., Фокин А.В., Королев А.В., Меньшенин В.В.
Поступила в редакцию: 15 Июля 2019
DOI: 10.31857/S0044451020050077
Представлены результаты исследования оптического поглощения, сигналов ЭПР при оптическом возбуждении и магнитной восприимчивости гидротермальных монокристаллов Zn1-xMnxO. В спектрах поглощения поляризованного света при температурах 4.2 и 77.3 К наблюдаются узкие интенсивные линии a, b, c и d в диапазоне энергий квантов света 1.877-1.936 эВ. Спектр этих линий существенно отличается от спектров донорных и акцепторных экситонов для ZnO:Co и ZnO:Ni. Интенсивность разрешенных и запрещенных сигналов ЭПР ионов Mn2+(d5) не изменяется при воздействии светом в полосе примесного поглощения, тогда как сигналы ЭПР неконтролируемых ионов Fe3+(d5) при подсветке практически исчезают. Новые экспериментальные результаты для Zn1-xMnxO позволяют считать, что донорный уровень d5/d4 иона Mn2+ попадает в валентную зону, а в запрещенной щели Zn1-xMnxO существуют несколько антисвязывающих состояний (dangling bond hybrid, DBH) за счет гибридизации 3d-орбиталей иона Mn2+ с p-орбиталями ближайших ионов кислорода O2-. Переходы электронов из DBH-состояний в зону проводимости формируют широкую полосу примесного поглощения Zn1-xMnxO, ниже края которой наблюдаются линии a, b, c и d, названные донорными экситонами [(hloc+d5)e], возникающими в результате кулоновского связывания свободного s-электрона и дырки, локализованной на гибридизованных DBH-состояниях (p+d5). Обнаружение донорных экситонов [(hloc+d5)e] открывает перспективу детального изучения DBH-состояний в запрещенной щели, что важно для фотокатализа с использованием видимого диапазона света.
|
|