Einfluß der magnetischen Ordnung auf die optische Absorption von ferro- oder antiferromagnetischen Halbleitern

Zusammenfassung

Durch die Messung der optischen Absorption wurde die Breite der verbotenen Zone der magnetisch ordnenden Halbleiter EuO, EuS, EuSe und EuTe bestimmt. Bei Abkühlung unter die Curie- bzw. Néel-Temperaturen nimmt sie um 0,2 bis 0,3 eV ab. Es wird gezeigt, daß diese Abnahme proportional zur Magnetisierung ist; mit dieser Methode läßt sich daher auch die spontane Magnetisierung bestimmen. Beim Vergleich mit einer Brillouin-Funktion fällt auf, daß noch eine spontane Magnetisierung erheblich oberhalb der magnetischen Ordnungstemperatur besteht. Es wird gezeigt, daß EuSe oberhalb 4°K antiferromagnetisch ist, unterhalb etwa 3°K jedoch spontan ferromagnetisch wird. Unterschiede im Verhalten des Antiferromagneten EuTe und des Metamagneten EuSe werden diskutiert.

Résumé

A l'aide de mesures d'absorption optique on a déterminé la largeur de la zone interdite des semi-conducteurs ferromagnétiques et antiferromagnétiques EuO, EuS, EuSe et EuTe. Lorsqu'on refroidit au-dessous de la température de Curie, respectivement de la température de Néel, cette largeur de zone diminue de 0,2 à 0,3 eV; le phénomène est proportionnel à la magnétisation. A l'aide de cette méthode il est possible de déterminer la magnétisation spontanée. En comparant avec une fonction de Brillouin il apparaît que la magnétisation spontanée persiste bien au-dessus de la température où l'ordre magnétique s'établit. On montre que EuSe est antiferromagnétique au-dessus de 4°K et qu'il devient spontanément ferromagnétique au-dessus de 3°K environ. On discute les différences de comportement de l'antiferromagnétique EuTe et du métamagnétique EuSe.

Abstract

The optical absorption of magnetically ordered semiconductors EuO, EuS, EuSe and EuTe was measured and a forbidden energy-gap was determined. The width of the gap decreases by 0.2 to 0.3 eV below the Curie- and Néel-temperatures respectively. It is shown that the decrease of the gap is proportional to the magnetization. This yields a new method to determine the spontaneous magnetization. A rather long tail of the spontaneous magnetization is found above the magnetic ordering temperature. It is shown that EuSe is antiferromagnetic above 4°K, but it becomes spontaneously ferromagnetic below 3°K. Differences in the behaviour of antiferromagnetic EuTe and metamagnetic EuSe are discussed.