Определение зарядового состояния тулия в PbTe методом XANES

С.Г. Дорофеев, А.И. Лебедев, С.Г. Никитенко, И.А. Случинская, О.И. Тананаева

Химический факультет МГУ, Москва
Физический факультет МГУ, Москва
Институт катализа СО РАН, Новосибирск

Легирование теллурида свинца примесями переменной валентности, в частности примесью In, приводит к появлению целого ряда необычных физических свойств в этих кристаллах. Известно, что атомы Tm в халькогенидах тулия проявляют переменную валентность (Tm⁺² и Tm⁺³). Поэтому представляло интерес провести прямые измерения зарядового состояния атомов Tm в PbTe и сопоставить полученные результаты с физическими свойствами кристаллов.

Исследования проводились на монокристаллах, выращенных из расплава методом Бриджмена по разрезам PbTe-TmTe и PbTe-Tm₂Te₃. Концентрация тулия в кристаллах составляла 0.85 и 3.0 ат.%, соответственно. Измерения спектров XANES проводились путем регистрации интенсивности рентгеновской флуоресценции образцов на EXAFS-станции Сибирского Центра Синхротронного Излучения при ИЯФ СО РАН (г. Новосибирск) в области L_III-края поглощения Tm (8.648 кэВ) при 300 K. Эталонные спектры XANES для состояний Tm⁺² и Tm⁺³ были записаны на образцах TmTe, Tm₂Te₃ и Tm₂O₃.

Спектры XANES, отвечающие зарядовому состоянию Tm⁺³, состоят из одной яркой белой линии, а спектры, отвечающие состоянию Tm⁺², имеют характерную дублетную структуру. Сопоставление спектров, полученных на легированных кристаллах PbTe, со спектрами эталонных образцов показало, что независимо от разреза, по которому проводится легирование теллурида свинца, тулий находится в кристалле в зарядовом состоянии Tm⁺³. В докладе обсуждается связь полученных результатов с электрофизическими свойствами кристаллов и строением фазовой диаграммы.