J. Phys. France 40, 347-354 (1979)
DOI: 10.1051/jphys:01979004004034700

Magnetic order effects on electric susceptibility hole mass of Sn1-x MnxTe

M. Escorne et A. Mauger

Laboratoire de Physique des Solides, C.N.R.S., 1, place A.-Briand, 92190 Meudon-Bellevue, France

Abstract
Experimental values of the electric susceptibility mass ms of free carriers are reported as function of temperature in the whole range 4.2 to 300 K, for SnTe and the magnetic semiconductor Sn0.923Mn 0.077Te having carrier concentrations 6.6 x 1020 and 6.2 x 1020 cm-3 respectively. The values are deduced from the analysis of the normal reflectivity in the infrared region. The difference between the values of ms for the two samples never exceeds the experimental uncertainty and is smaller than 3 % at temperatures higher than 13 K. This shows that alloying effects due to the introduction of Mn impurities in the matrix SnTe does not lead to any significant change in the band structure of SnTe, and are then negligible. However, for the Mn doped sample, the occurance of a ferromagnetic arrangement of the Mn spins at T ≲ 11 K, evidenced by measurements of the magnetization with a vibrating sample magnetometer, leads to a further decrease of m s by an amount of 8 % correlated with an increase of the optical dielectric constant. This effect is assigned to the spin splitting of the valence band, associated with a deformation of the complex valence band structure. The analysis is made on the basis of a single band non parabolic multivalley model. The energy surfaces, taken to be Cohen like, are < 111 > prolate surfaces located at the edges of the Brillouin zone. Semiquantitative agreement with experiment is obtained.

Résumé
Nous reportons les valeurs expérimentales de la masse optique m s des porteurs libres en fonction de la température entre 4,2 et 300 K pour SnTe et le semiconducteur magnétique Sn0,923Mn0,077 Te avec des concentrations en porteurs de 6,6 x 1020 et 6,2 x 1020 cm-3 respectivement. Les valeurs sont déduites de l'analyse de la réflectivité sous incidence normale dans le domaine infrarouge. La différence entre les valeurs de ms pour les deux échantillons n'excède jamais l'erreur expérimentale, et est inférieure à 3 %, pour des températures supérieures à 13 K. Ceci montre que les effets d'alliage dus à l'introduction d'impuretés Mn dans la matrice SnTe ne conduisent à aucun changement significatif de la structure de bande de SnTe, et sont donc négligeables. Toutefois, pour l'échantillon dopé au Mn, l'apparition de l'ordre ferromagnétique à T ≲ 11 K, mis en évidence par des mesures de l'aimantation à l'aide d'un magnétomètre vibrant entraîne une décroissance supplémentaire de m s d'un taux de 8 % corrélé à un accroissement de la constante diélectrique. Nous attribuons cet effet à la levée de dégénérescence de spin de la bande de valence, associé à une déformation de la structure complexe de la bande de valence. L'analyse est faite sur la base d'un modèle ne faisant intervenir qu'une seule bande non parabolique avec plusieurs vallées. Les surfaces d'énergie constante, semblables à celles de Cohen, sont allongées dans la direction < 111 > et partent du bord de zone. Un bon accord est trouvé avec les données expérimentales.

PACS
7525 - Spin arrangements in magnetically ordered materials (including neutron and spin-polarized electron studies, synchrotron-source x-ray scattering, etc.).
7550P - Magnetic semiconductors.
7830 - Infrared and Raman spectra.

Key words
dielectric function -- ferromagnetic properties of substances -- magnetic semiconductors -- magnetisation -- manganese compounds -- optical susceptibility -- reflectivity -- tin compounds -- valence bands