HAL Id: jpa-00219992
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Submitted on 1 Jan 1980
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ETUDE DES PHONONS DANS LES MELANGES Mnx Cd1-x Te PAR DIFFUSION RAMAN ET
ABSORPTION INFRAROUGE
W. Gebicki, E. Amzallag, M. Picquart, Ch. Julien, M. Le Postollec
To cite this version:
W. Gebicki, E. Amzallag, M. Picquart, Ch. Julien, M. Le Postollec. ETUDE DES PHONONS DANS LES MELANGES Mnx Cd1-x Te PAR DIFFUSION RAMAN ET ABSORPTION INFRAROUGE.
Journal de Physique Colloques, 1980, 41 (C5), pp.C5-339-C5-342. �10.1051/jphyscol:1980557�. �jpa-
00219992�
JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque CS, supplément au n0.6, Tome 41, juin 1980, page CS-339
ETUDE DES PHONONS DANS L E S MELANGES &ln, Cdl-x Te PAR D I F F U S I O N RAMAN E T ABSORPTION INFRAROUGE
W. G e b i c k i , E. Amzallag, M. P i c q u a r t , Ch. ~ u l i e n : e t M . Le P o s t o l l e c , +%
f L a b o r a t o i r e de p h y s i q u e d e s S o Z i d e s ,
# % D é p a r t e m e n t d e R e c h e r c h e s P h y s i q u e s , L a b o r a t o i r e s a s s o c i é s a u C.N.R.S., U n i v e r s i t é P i e r r e e t Marie C u r i e , 4 , pZace J u s s i e u , 7 5 2 3 0 P a r i s Cedex 0 5 .
Résumé - Des mesures d e d i f f u s i o n Raman e t d ' a b s o r p t i o n i n f r a r o u q e o n t é t é e f f e c - t u é e s s u r d e s mélanges s e m i c o n d u c t e u r s magnétiques Mn Cd - Te, pour d e s c o n c e n t r a - t i o n s de Mn v a r i a n t de x = O à x = 0 , 6 . Les s o e c t r e s fiaman 8 u p r e m i e r o r d r e r é v è l e n t un comportement à "deux modes" pour l e s phonons opticrues d e g r a n d e l o n g u e u r d ' o n d e , d o n t on p e u t r e n d r e compte à l ' a i d e du modale t h é o r i q u e XEI. Le r e s t e d e s s p e c t r e s p e u t ê t r e q u a l i t a t i v e m e n t i n t e r p r ê t é e n termes d e p r o c e s s u s à deux phonons e t probablement de modes à un phonon a c o u s t i q u e a c t i v é s p a r l e d é s o r d r e d e masse.
A b s t r a c t - Raman s c a t t e r i n g and i n f r a r e d a b s o r p t i o n measurements have been p e r f o r - med on magnetic s e m i c o n d u c t o r s MnxCd xTe mixed c r y s t a l s , i n t h e c o n c e n t r a t i o n r a n g e x = O t o x = 0 , 6 . The f i r s t - o r & r Raman s p e c t r a show a "two-mode" b e h a v i o u r f o r t h e long-wavelength o p t i c a l phonons, which c a n be e x p l a i n e d u s i n g t h e t h e o r e b i c a l RE1 model. The r e S t o f t h e s p e c t r a c a n be q u a l i t a t i v e l y i n t e r p r e t e d i n t e r m s of two-phonon p r o c e s s e s and presumably o f o n e - a c o u s t i c a l phon.on d i s o r d e r - i n d u e e d modes, r e s u l t i n g £rom mass d i s o r d e r .
1. INTRODUCTION p h y s i q u e de l'Académie d e s S c i e n c e s d e
Les mélanges !lnxCdl-xTe p r é s e n t e n t un Pologne, où i l s o n t é t é o b t e n u s a u moyen intérêt pour des proprié- d ' u n e t e c h n i q u e de Bridgman m o d i f i é e . I l s t é s p h y s i q u e s d e s s e m i c o n d u c t e u r s magnéti- o n t t o u s l a s t r u c t u r e de l a b l e n d e , l e u r q u e S I par suite de la possibilité que c o m p o s i t i o n a é t é d é t e r m i n é e p a r a n a l y s e a d e p o u v o i r f a i r e v a r i e r à v o l o n t é l a chimique, e t c o n f i r m é e p a r l a dépendance c o n c e n t r a t i o n d e s i o n s magnétiques Mn ++ . Un l i n é a i r e de l ' é n e r g i e d e l ' e x c i t o n l i b r e tel intérêt a d é j à été illustré par en f o n c t i o n d e l a c o n c e n t r a t i o n x.
Les mesures d e d i f f u s i o n o n t é t é r é a - d e s e f f e t s magnéto-optiques p a r t i c u l i è r e m e n t
l i s é e s s u r un' t r i p l e monochromateur JT 600 prononcés de c e s m a t é r i a u x e t l e u r a n a l y s e
a v e c comme s o u r c e s d ' e x c i t a t i o n un l a s e r à e n t e r m e s d ' i n t é r a c t i o n d ' é c h a n g e e n t r e l e s
k r y p t o n e t un l a s e r H é - N é . Une é t u d e s y s t é - moments magnétiques f o r t e m e n t l o c a l i s é s d e s
m a t l q u e e n p o l a r i s a t i o n e t e n f o n c t i o n d e l a i o n s ~ n + + e t l e s é l e c t r o n s l i b r e s /1/, / 2 / ,
1 3 1 - t e m p é r a t u r e a é t é f a i t e s u r un é c h a n t i l l o n
,
-, -
x = 0 , 4 b i e n o r i e n t é , a v e c deux f a c e s p e r - La d i f f u s i o n Raman e t l ' a b s o r p t i o n
p e n d i c u l a i r e s (110) .
i n f r a r o u g e c o n s t i t u e n t de bons moyens pour
Les mesures d ' a b s o r p t i o n i n f r a r o u g e examiner l e c a r a c t è r e magnétique de c e s
o n t é t é f a i t e s s u r un i n t e r f é r o m è t r e à t r a n s - mélanges q u i d e v r a i t s e t r a d u i r e p a r une
formée de F o u r i e r Grubb P a r s o n s I . S . 3 . pour i n f l u e n c e s u r l e s s p e c t r e s d e s phonons e t
l a r é g i o n s p e c t r a l e a l l a n t d e 20 à 120 cm-', é v e n t u e l l e m e n t l ' a p p a r i t i o n d e magnons.
e t s u r un s p e c t r o m è t r e à r é s e a u x c o n v e n t i o n - L ' o b j e t d e c e t t e communication e s t de r a p p o r -
n e 1 pour l a r é g i o n d e 200 à 410 cm-l.
t e r s u r d e s mesures d e d i f f u s i o n Raman e t
d ' a b s o r p t i o n i n f r a r o u g e e f f e c t u é e s pour d e s 3. SPECTRES DU PREMIER ORDRE c o n c e n t r a t i o n s de Mn v a r i a n t de x = O à
La f i g u r e 1 montre d e s s p e c t r e s Raman x = 0 , 6 .
t y p i q u e s o b t e n u s à 90K, p o u r x = 0 , 4 , e n u t i l i s a n t l a r a i e e x c i t a t r i c e 6471 A .
OLe 2.CONDITIONS EXPERIMENTALES
c r i s t a l e s t o r i e n t é de t e l l e s o r t e q u ' u n e Les é c h a n t i l l o n s é t u d i é s s o n t d e s d i r e c t i o n < 1 0 0 > e s t p r i s e l e l o n g d e l ' a x e m o n o c r i s t a u x p r o v e n a n t de l ' I n s t i t u t d e O Y , e t deux d i r e c t i o n s < 1 1 0 > l e l o n g d e s
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1980557
Cs-340 JOURNAL DE PHYSIQUE
axes OX et OZ.
Fig.1 - S p e c t r e s Raman d e Mno 4Cdo 6Te obtenus à 90K, a v e c ' l a r a i e e x c i t a t r i c e 647f 2. ' Le d e r n i e r s p e c t r e correspond à l a c o n f i g u r a t i o n Z (Y?) x - La s e n s i b i l i t é d e l ' e n r e g i s t r e u r e s t i n d i q u é e en mV.
a aman s p e c t r a o f Mng,g Cdo,6 Te o b t a i n e d a t 90K, using t h e 6471 - e x c i t i n g l i n e . The l a s t spectrum corresponds t o c o n f i g u r a t i o n Z (Y%) X . The r e c o r d e r s e n s i t i v i t y i s i n d i c a t e d i n m ~ . ]
Ces spectres révèlent un comportement
à "deux modes" pour les phonons optiques de grande longueur d'onde : les pics à 148 et 162cm-l sont les modes TOI et LO1 du type CdTe, ceux à 193 et 206 cm-' sont les modes T02 et L02 du type MnTe. Les règles de sé- lection sont telles que les modes TO et LO sont permis dans les deux premières configu- rations Z (XY) X et Z (YZ)X, et interdits dans les deux suivantes Z (XZ) X et Z (YY)X, ce qui est bien vérifié sur la figure 1.
La figure 2 représente les variations des fréquences de ces modes en fonction de la composition. On peut rendre compte d'une telle dependance en appliquant le modèle R E 1
(random-element isodisplacement) dans la version de Harada et Narita /4/ pour les modes TO, et celle de Gorska et Nazarewicz /5/ pour les modes LO. En considérant comme paramètres ajustables, d'une part les trois constantes de force entre les atomes de nature différente et d'autre part leur varia-
tion en fonction de la concentration x, on obtient les courbes théoriques de la figure
2, en très bon accord avec les points expé- rimentaux. Les détails de ces calculs seront publiés ultérieurement.
t LI_
.L-L. 1 . - L . . . I . 1 IJ
CdTe , 2 4 .8 MnTe
Fig.2. - V a r i a t i o n s d e s frequences d e s phonons o p t i q u e s d e grande longueur d'onde d a n s Mn,Cdl-xTe, en f o n c t i o n d e l a c o n c e n t r a t i o n x.
P o i n t s expérimentaux
:température ambiante
O
90K
Courbes t h é o r i q u e s
:-température ambiante
--- 90K
[ ~ e ~ e n d e n c e o f t h e long-wavelength o p t i c a l phonons f r e q u e n c i e s on t h e c o n c e n t r a t i o n x , i n MnxCdl-,Te.
Experimental p o i n t s
:room temperature
O
90 K
T h e o r e t i c a l c u r v e s
:- room t e m p e r a t u r e
---- 90 K]
4. SPECTRES DU SECOND ORDRE
Une fois les modes TO et LO en centre de zone explicités, le reste des spectres peut être divisé en deux parties : la réqion basse-fréquence qui va de 30 à 120 cm-' et la région haute fréquence au delà de 220cm-l.
Les figures 3 et 4 montrent des spectres d'absorption obtenus dans ces deux régions, pour différentes compositions et à 90K.
Le tableau 1 indique l'ensemble des pics observés en Raman et en infrarouqe pour la concentration x = 0,4, à 90K. Une analyse détaillée et précise de ces pics en termes de combinaisons de phonons semble pour le moment prématurée, puisnue les courbes de dispersion des phonons ne sont pas connues pour ces mélanges. Toutefois, on peut for- muler quelques remarques pouvant faciliter
l'identification de ces pics.
Pour des considérations d'énergie on
peut penser que les pics haute fréquence
situés à 295, 320, 377 et 407 cm-' sont dus
à des processus à double-phonon 2T01, 2LOl,
2T02 et 2L02 respectivement. Les pics à 340
et 363cm1 apparaissent alors comme dus aux
combinaisons additives TOI + T02 et LOI+ L02
r e s p e c t i v e m e n t . Les é n e r g i e s d e s phonons i m p l i q u g s d a n s c e s p r o c e s s u s s o n t l é g é r e m e n t d i f f é r e n t e s d e s v a l e u r s e n c e n t r e d e zone, e l l e s p o u r r a i e n t c o r r e s p o n d r e à d e s phonons e n bord d e zone.
c m ' g(
60 40 20
20
Fig.4. - S p e c t r e s d ' a b s o r p t i o n d e MnxCdl-xTe a u d e s s u s du R e s t s r a h l e n à d i f f é r e n t e s c o n c e n t r a t i o n s d e Mn.
[ ~ b s o r p t i o n s p e c t r a o f Mn Cdl-Xe above t h e R e s t s - r a h l e n , f o r d i f f e r e n t Mn C o n c e n t r a t i o n s .]
I l c o n v i e n t d e s i q n a l e r q u e , d ' u n e Fi93.- S p e c t r e s d ' a b s o r p t i o n d e Mn CD1-xTe au d e s s o u s
manière g é n é r a l e , l e s f r é q u e n c e s d e s p i c s
du R e s t s r a h l e n à d i f f é r e n t e s c o n c ~ n t r a t i o n s de Mn.
[ ~ b s o r ~ t i o n s p e c t r a o f Mn Cdl-xTe below t h e R e s t s r a h - o b s e r v é s , a u t r e s q u e c e l l e s d e s modes LOI
len, f o r d i f f e r e n t Mn c o n c ~ n t r a t i o n s . ] e t L02, r e s t e n t p r a t i q u e m e n t c o n s t a n t e s Les bandes b a s s e f r é q u e n c e s i t u é e s à l o r s q u e l a c o n c e n t r a t i o n x v a r i e . Des c a l - 7 8 e t 96cm-1 v o i e n t l e u r s i n t e n s i t é s dimi- c u l s de c o u r b e s de d i s p e r s i o n de phonons, n u e r e t s ' a n n u l e r complètement l o r s q u e l a b a s é s s u r l e modèle RIM i r i g i d i o n model) t e m p é r a t u r e d é c r o i t de 90 à 2K, c e q u i sug- s o n t a c t u e l l e m e n t e n c o u r s , e n vue de mieux g è r e un p r o c e s s u s à deux phonons s o u s t r a c - comprendre c e comportement. Aucune c o n t r i - t i f . Au c o n t r a i r e , l e s p i c s à 4 4 e t 114cm-1 b u t i o n magnétique ne r e s s o r t e x p l i c i t e m e n t s u b s i s t e n t à 2 K , l a v a r i a t i o n de l e u r i n t e n - d e c e s r é s u l t a t s p r é l i m i n a i r e s , t o u t e f o i s s i t é en f o n c t i o n d e l a t e m p é r a t u r e s e r a p - une bonne c o n n a i s s a n c e d e s phonons p e u t a i - p r o c h e r a i t p l u t ô t d e c e l l e du f a c t e u r d ' o c - d e r à mieux d i s c e r n e r une t e l l e contribution.
c u p a t i o n r e l a t i f à un phonon n = (exp
- 1
- 1 ) . on p e u t p e n s e r q u e c e s p i c s c o r r e s -
pondent à d e s modes à un phonon a c o u s t i q u e ,
probablement TA e t LA e n b o r d d e zone, a c -
t i v é s p a r l e d é s o r d r e d e masse dans l ' a l l i a -
g e . De t e l s modes o n t é t é o b s e r v é s dans
d ' a u t r e s mélanges t e l s que Gel-xSix / 6 / .
JOURNAL DE PHYSIQUE
F r e q u e n c e s d e s p i c s o b s e r v d s I
I
s o u s t r a c t i f s o u s t r a c t i f un phonon
-
-
