Ферромагнитный полупроводник с комнатной температурой Кюри

 

В лаборатории спиновой и оптической электроники Университета Лобачевского получены слои магнитного полупроводника нового типа, демонстрирующие при комнатной температуре спин-зависимые явления в транспорте носителей заряда.
Как известно, особенностью магнитных полупроводников является то, что перенос тока в них осуществляется посредством поляризованных по спину носителей заряда, что дает дополнительные возможности для создания приборов обработки и передачи информации, основанных на использовании не только заряда электрона, но и его спина. Магнитные полупроводники с комнатной температурой Кюри необходимы для практической реализации приборов полупроводниковой спиновой электроники – спинтроники.
В ННГУ методом лазерного распыления в вакууме мишеней InSb и Fe на подложках GaAs получены эпитаксиальные слои (In,Fe)Sb с содержанием Fe до 13 атомных %, обладающие ферромагнитными свойствами вплоть до комнатной температуры. В слоях (In,Fe)Sb при комнатной температуре наблюдается характерные спин-зависимые явления транспорта электронов, такие как аномальный эффект Холла и гистерезисное отрицательное магнетосопротивление. Это свидетельствует о том, что в синтезированном полупроводнике электроны проводимости при комнатной температуре имеют спиновую поляризацию, т.е. большинство электронов имеют общее направление спина, подобно тому, что имеет место в ферромагнитном металле. Особенность полученного магнитного полупроводника состоит в том, что ферромагнетизм является собственным (intrinsic), связанным с формированием спин-расщепленной зонной структуры. Это, в частности, проявляется в спин-зависимых оптических переходах в зонной структуре полупроводника и фазовой однородности материала. Собственный ферромагнетизм в свою очередь является необходимым условием для использования полупроводниковых ферромагнитных материалов, поскольку обеспечивает спин-зависимые свойства полупроводника (оптические и транспортные).
Низкая температура Кюри магнитных полупроводников является серьезным ограничением на пути их практического использования. Температура Кюри, превышающая комнатную, была впервые достигнута на материале (In,Fe)Sb, полученном учеными университета Лобачевского. Их публикация в Journal of Applied Physics опередила сообщение группы Масааки Танака из токийского университета о получении близких результатов.