Herald of Technological University Herald of Technological University ВЕСТНИК ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 3034-4689 98542 10.55421/1998-7072_2025_28_2_18 1. Химия 1. Chemistry 1. Химия UNUSUAL VALENCE STATES OF IMPURITIES IN THE DIRAC SEMIMETAL НЕОБЫЧНЫЕ ВАЛЕНТНЫЕ СОСТОЯНИЯ ПРИМЕСЕЙ В ДИРАКОВСКОМ ПОЛУМЕТАЛЛЕ Горюнов Ю. В. Goryunov Yu. V. ФИЦ «КазНЦ РАН» Россия ФИЦ «КазНЦ РАН» Russian Federation 01 08 2025 01 08 2025 28 2 18 22 https://elibrary.ru/item.asp?id=80352553

Методом ЭПР исследованы валентные состояния примесей переходных и редкоземельных металлов в дираковском полуметалле α-Cd3As2, являющимся трехмерным аналогом графена в части электронной зонной структуры. Приводятся свидетельства того, что при легировании переходными и редкоземельными металлами возможно увеличение числа свободных носителей заряда за счет изменения валентного состояния примесных ионов. Валентное состояние основной массы примесных ионов соответствует валентному состоянию замещаемого иона в соединении-матрице. Но, по всей видимости, всегда имеется небольшая доля примесных ионов, в отличном от основной массы валентном состоянии. Эта доля примесных ионов, находящихся в необычном валентном состоянии, определяется различными факторами: степенью химического сжатия в различных кристаллографических позициях, плотностью дислокаций, дефектов роста и другими факторами, изменяющими координационное число примесного иона и, соответственно, число образуемых им химических связей с соседними атомами. Вследствие этого вопрос о том, является ли примесь донорной или акцепторной, в отличие от легирования полупроводников, в случае полуметаллов имеет неоднозначный ответ и требует более скрупулезного изучения. Показано, что метод ЭПР однозначно выявляет необычные, не соответствующие стехиометрии валентные состояния магнитных примесей, которые стабилизируются определенными особенностями кристаллической решетки, изменяющими координационное число иона, и особенностями электронной зонной структуры полуметаллов, связанными инверсией или частичным перекрыванием валентной зоны и зоны проводимости.

The valence states of transition and rare-earth metal impurities in the Dirac semimetal α-Cd3As2, which is a three-dimensional analog of graphene in terms of the electronic zone structure, are studied by EPR. Evidence is presented that doping with transition and rare-earth metals can increase the number of free charge carriers by changing the valence state of impurity ions. The valence state of the bulk of impurity ions corresponds to the valence state of the substituted ion in the matrix compound. But, apparently, there is always a small fraction of impurity ions, in a different valence state from the bulk. This fraction of impurity ions, which are in an unusual valence state, is determined by various factors: the degree of chemical compression in different crystallographic positions, the density of dislocations, growth defects and other factors that change the coordination number of the impurity ion and, accordingly, the number of chemical bonds formed by it with neighboring atoms. As a consequence, the question of whether the impurity is donor or acceptor, in contrast to the doping of semiconductors, in the case of semimetals has an ambiguous answer and requires more scrupulous study. It is shown that the EPR method unambiguously reveals unusual, not corresponding to stoichiometry valence states of magnetic impurities, which are stabilized by certain features of the crystal lattice, changing the coordination number of the ion, and features of the electronic zone structure of semimetals, associated inversion or partial overlap of the valence band and conduction band.

 ЛЕГИРОВАНИЕ СОЕДИНЕНИЯ-ПОЛУМЕТАЛЛЫ МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС МАГНИТНЫЕ ПРИМЕСИ DOPING HALF-METAL COMPOUNDS MAGNETIC RESONANCE MAGNETIC IMPURITIES