Высокочастотная ЭПР-спектроскопия парамагнитных центров марганца в кристаллах GaAs : Mn

Методы высокочастотного электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) использованы для исследования уникальных свойств центров марганца в кристалле GaAs : Mn в сильных магнитных полях при низких температурах. На частотах 94 и 130 GHz зарегистрированы переходы ЭПР в комплексе, представляющем собой ион марганца, замещающий Ga, и являющийся ионизированным акцептором Mn$_{\mathrm{Ga}}^{2+}(A^{-}$), который связан изотропным обменным взаимодействием с делокализованной (мелкой) дыркой (Mn$_{\mathrm{Ga}}^{2+}$-SH (shallow hole)). В таком комплексе Mn$_{\mathrm{Ga}}^{2+}$ со спином $S=5/2$ связан антиферромагнитным обменным взаимодействием с мелкой дыркой с угловым моментом $J=3/2$. В результате сложения угловых моментов $\mathbf{F}= \mathbf{S}+\mathbf{J}$ имеются четыре энергетических уровня с $F=1,2,3,4$, характеризующихся вырождение $2F+1$ в нулевом магнитном поле, и с нижним уровнем $F=1$. Проанализирована сложная система энергетических уровней этого комплекса в магнитном поле и возможность точного определения обменных взаимодействий по спектрам ЭПР. Исследован другой комплекс на основе ионизированного акцептора Mn$_{\mathrm{Ga}}^{2+}$, взаимодействующего с локализованным дырочным центром, в виде диамагнитного иона O$^{2-}$, замещающего As. Этот комплекс, Mn$_{\mathrm{Ga}}^{2+}$-O$_{\mathrm{As}}^{2-}$, характеризуется аксиальной симметрией вдоль оси $\langle111\rangle$ кубического кристалла GaAs с анизотропным спектром ЭПР. Благодаря высокому фактору Больцмана, в наших исследованиях был определен порядок спиновых уровней тонкой структуры этого комплекса. Влияние больцмановского распределения населенностей уровней продемонстрировано также для комплекса Mn$_{\mathrm{Ga}}^{2+}$-SH.