Методика эксперимента

Однофазные эпитаксиальные слои InFeSb с температурой Кюри выше комнатной

© А. В. Кудрин^*,**, Ю. А. Данилов^*,**, В. П. Лесников^*, О. В. Вихрова^*, Д. А. Павлов^**, Ю. В. Усов^**, Е. А. Питиримова^**, И. Н. Антонов^*

* Научно-исследовательский физико-технический институт Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского

пр. Гагарина, 23, корп.3, Нижний Новгород, 603950

** Физический факультет Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского

пр. Гагарина, 23, корп.3, Нижний Новгород, 603950

¶E-mail: kudrin@nifti.unn.ru

Методом лазерного распыления в вакууме созданы эпитаксиальные гетероструктуры InFeSb/GaAs. Исследования методом высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии и микродифракции показали, что слои InFeSb являются монокристаллическими и не содержат нановключений дополнительной фазы. Исследования магнитотранспортных свойств обнаружили, что в структурах наблюдается аномальный эффект Холла и отрицательное магнетосопротивление вплоть до комнатной температуры.

Работа выполнена в рамках реализации государственного задания (проект № 8.1751.2017/ПЧ Минобрнауки России), при поддержке РФФИ (гранты №15-02-07824_а, 16-07-01102_а) и гранта (МК-8221.2016.2) президента Российской Федерации.

Введение

В последнее время появились работы, показывающие возникновение собственного ферромагнетизма у полупроводниковых матриц A³B⁵, сильно легированных атомами железа, в частности InFeAs [1,2], GaFeSb [3], AlFeSb [4]. При этом слои GaFeSb демонстрируют ферромагнетизм, проявляющийся в магнитотранспортных и магнитооптических свойствах, вплоть до комнатной температуры [3]. Согласно выполненным экспериментальным работам, в матрицы полупроводников InAs, GaSb и AlSb можно вводить значительное количество Fe (до 8% относительно содержания In для InFeSb, до 25% относительно содержания Ga в GaFeSb и до 10% относительно содержания Al в AlFeSb) без образования включений второй фазы. Природа ферромагнетизма в таких слоях остается недостаточно понятной. Высказывается предположение, что для узкозонных полупроводников InFeAs и GaFeSb ферромагнетизм связан с механизмом косвенного обменного взаимодействия, как и в случае легирования марганцем. Однако, в отличие от марганца, электрическая активность Fe в таких материалах остается дискуссионным вопросом. Концентрация носителей заряда в широкозонном полупроводнике AlFeSb слишком мала для возникновения обменного взаимодействия посредством носителей заряда. В этом случае выдвигается предположение о механизме короткодействующего обменного взаимодействия между близкорасположенными атомами железа. Накопленный объем результатов исследований позволяет предположить, что возникновение ферромагнетизма в системе A³FeB⁵ наиболее вероятно для узкозонных полупроводников. Нами показана возможность формирования однофазных эпитаксиальных структур InFeSb/GaAs с температурой Кюри около комнатной.

Методика эксперимента

Слои InFeSb толщиной ~ 40 nm были получены на подложках i –GaAs методом периодического лазерного распыления в вакууме мишеней InSb и Fe. Содержание Fe характеризовалось технологическим параметром Y _Fe = t _Fe/(t _InSb+ t _Fe), где t _Fe и t _InSb – время распыления мишени Fe и InSb, соответственно. Величина Y _Fe варьировалась в диапазоне 0.04 – 0.17. Температура ростового процесса изменялась в диапазоне 30 – 250°С. Структурные исследования слоев InFeSb проводились с помощью просвечивающего электронного микроскопа JEM-2100F, работающего при ускоряющем напряжении 200 kV, и электронографа ЭМР-102 с ускоряющим напряжением 50 kV. Элементный состав определялся методом энерго-дисперсионной рентгеновской спектроскопии, с использованием детектора X-max Oxford instruments, смонтированного на электронном микроскопе. Спектральные зависимости коэффициента отражения для слоев InFeSb в диапазоне 1.5 – 4.5 eV были записаны с использованием спектрофотометра Varian Cary 6000i. Магнитополевые зависимости сопротивления Холла и слоевого сопротивления были получены при комнатной температуре и 77 K в диапазоне магнитного поля ± 3550 Oe.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: