LUMINESCENCE OF Cd_0.7Mn_0.3Te CRYSTALS IN MAGNETIC FIELD: LINEWIDTH, LANDAU QUANTIZATION, AND CARRIER EFFECTIVE MASS
L. Barauskaitė^a, R. Brazis^a, V. Ivanov^b, and M. Godlewski^b
aSemiconductor Physics Institute, A. Goštauto 11, LT-01108 Vilnius, Lithuania
E-mail: lb@pfi.lt
^bInstitute of Physics of the Polish Academy of Sciences, Al. Lotników 32/46, 00-668 Warsaw, Poland

Received 22 April 2009; revised 20 June 2009; accepted 15 September 2009

Cd_0.7Mn_0.3Te crystal photoluminescence is studied in magnetic field up to 7 T in Voigt geometry at 1.6–1.7 K temperature. The range of magnetic field where the approximation of effective band gap narrowing by the s, p – d exchange-interaction-induced term correctly describes experimental results is discussed. Luminescence linewidth (FWHM) broadening due to composition disorder and magnetization fluctuations is evaluated. Functional dependence on magnetic field of magnetic part in broadening, the FWHM(B)_magn., is determined. From the patterns of Landau quantization in luminescence spectra the carrier effective mass value $m^*_{\mathrm{e}}$ = 0.104 is calculated and its increase in magnetic field is obtained. Contribution of nonparabolicity and band coupling effects is evaluated in the observed carrier effective mass growth effect.

Keywords: photoluminescence, linewidth (FWHM), effective mass, composition disorder fluctuations, magnetic fluctuations

Cd_0,7Mn_0,3Te KRISTALŲ LIUMINESCENCIJA MAGNETINIAME LAUKE: LINIJOS PLOTIS, LANDAU KVANTAVIMAS IR KRŪVININKŲ EFEKTINĖ MASĖ

L. Barauskaitė^a, R. Brazis^a, V. Ivanov^b, M. Godlewski^b
aPuslaidininkių fizikos institutas, Vilnius, Lietuva
^bLenkijos MA Fizikos institutas, Varšuva, Lenkija

Cd_0,7Mn_0,3Te kristalų liuminescencija tirta 1,6–1,7 K temperatūroje magnetiniame lauke iki 7 T Voigto geometrijoje. Eksperimentiniai liuminescencijos maksimumo poslinkio magnetiniame lauke rezultatai rodo, kad spindulinio šuolio energijos magnetiniame lauke galimi aprašymai (aproksimacija vien pakaitinės s, p – d sąveikos nariu arba pilnas aprašymas, atsižvelgiant į narius dėl ciklotroninio ir savitojo sukininio suskilimų) negali tiksliai apibūdinti efektyvaus draudžiamų energijų tarpo kitimo visame magnetinių laukų intervale. Pilnasis rekombinacinės energijos aprašymas (su visais nariais) tiksliai apibūdina eksperimentines energijos vertes tik silpnuose magnetiniuose laukuose B < 2 T. Tuo tarpu taikant aproksimaciją vien pakaitinės s, p – d sąveikos nariu gaunamas geras sutapimas su eksperimento rezultatais esant stipresniems magnetiniams laukams (B > 4 T). Eksperimentiškai stebimam efektyviam draudžiamų energijų tarpo siaurėjimui aprašyti reikalinga didesnė pakaitinių konstantų N₀($\alpha + \beta$/3) vertė, kai B > 2 T. Linijos pločio (FWHM) priklausomybėje nuo magnetinio lauko įskaityti dE_g/dx = f(B) ir eksitoninio tūrio V_exc(B) mažėjimo reiškiniai, kurie nežymiai platina liuminescencijos liniją. Nustatyta, kad linijos (FWHM) išplitimas dėl magnetinių fliuktuacijų magnetiniame lauke mažėja pagal eksponentinę funkciją, kurios rodiklis yra magnetinio jono sukininių fliuktuacijų jėgos vertė. Iš Landau kvantavimo liuminescencijos spektruose apskaičiuota krūvininkų efektinės masės vertė $m^*_{\mathrm{e}}$ = 0,104±$$0,007 ir rasta, kad šis parametras magnetiniame lauke didėja netiesiškai. Įvertinus neparaboliškumo ir juostų sąveikos įtaką nustatyta, kad šie reiškiniai nepaaiškina stebimo $m^*_{\mathrm{e}}$(B) augimo magnetiniame lauke.