Введение 3
Глава 1. Разбавленные магнитные полупроводники 6
§1. Общие свойства 6
§2. Полумагнитные полупроводники AnBV 11
§3. Твёрдые растворы (Zn1.xFex)3As2 18
Глава 2. Особенности эксперимента 23
§1. Методы исследования температурных зависимостей
электропроводности и магнетосопротивления на установке Cryogen Fre 23
§2. Подготовка образцов 30
Глава 3. Исследование температурных зависимостей электропроводности и магнетосопротивления в твёрдом растворе (Zn1- xFex)3As2, х=0.01 32
§1. Экспериментальные результаты 32
§2. Методика обработки экспериментальных результатов 33
§3. Обработка результатов 37
§4. Обсуждение результатов 39
Заключение 41
Список использованной литературы 42
Полумагнитные полупроводники или разбавленные магнитные полупроводники (РМП), являются полупроводниковыми материалами, часть катионов в которых замещена на переходный металл или редкоземельный элемент с частично заполненными d- или f- оболочками, соответственно. Ионы магнитной примеси распределяются в решетке статистически. В этих материалах наблюдаются два вида взаимодействий: sp-d (sp-f) обменное взаимодействие зонных носителей и локализованных магнитных моментов ионов магнитной примеси, а так же d-d или (f-f) взаимодействие между магнитными ионами. [1]. Дальнейшее развитие твердотельной электроники тесно связано с привлечением новых материалов. Разбавленные магнитные полупроводники это материалы, потенциально прогнозируемые к применению в современной промышленности, и одновременно интересные благодаря исследованию их разнообразных свойств.
Наиболее интенсивно исследованы РМП на основе полупроводников II-VI, IV-VI групп. Среди РМП наиболее известны соединения на основе Mn [1,2,3,4,5] . Перспективными с точки зрения применения в спинтронике
являются полученные с использованием молекулярно-лучевой эпитаксии (МВЕ) материалы на основе соединений групп III-V , содержащие Mn [6] .
В последнее время возрос интерес к РМП на основе полупроводников группы AIIBV [7]. Теоретические и экспериментальные работы последних лет показали, что С d 3 As 3 является 3D Дираковским полуметаллом, а носителем заряда в монокристаллах арсенида кадмия являются безмассовые дираковсие фермионы [8,9]. Материалы на основе полупроводниковых матриц AIIBV, являются наименее изученной группой РМП в настоящее время.
Тройные и четверные системы (Cd1-xMnx)3As2, (Zn1-xMnx)3As2, (Cd1-x. yZnxMny)3As2 обладают целым спектром магнитных и гальваномагнитных свойств. В этих твёрдых растворах возможно изменять ширину запрещённой зоны, тип проводимости, концентрацию и подвижность носителей заряда, что определяет актуальность их исследования. Выше сказанное подтверждает актуальность получения и исследования новых РМП.
Тема исследования настоящей выпускной квалификационной работы: «Получение и исследование свойств разбавленного магнитного полупроводника (Z п 1 _х F ех)3 As 2».
Актуальность исследования: использование спина наряду с зарядом для реализации спинтронных устройств дает ряд преимуществ по сравнению с современной микроэлектроникой. Для переворота электронного спина магнитным полем требуется значительно меньше энергии, и происходит он быстрее перемещений электронных зарядов под действием электрического поля. Поэтому можно рассчитывать, что управление спиновыми состояниями позволит создавать в будущем сверхмалые логические элементы и компьютерные компоненты большой информационной емкости с огромным быстродействием и малым энергопотреблением. Основным элементом в таких устройствах являются слои РМП с поляризацией носителей заряда по спину.
Объектом исследования является изучение монокристалла (2П1_хРех)зА S2.
Предметом исследования: электропроводность и магнетосопротивления ( Z п 1 _ х F е х)3 AS 2 в интервале температур 1.6- 120К.
Цель исследования: впервые исследовать электропроводность нового РМП (Zni _х F ех)з AS 2.
Исходя из поставленной цели, были сформулированы следующие
задачи исследования:
- подготовить образцы монокристалла (ZnL _х F ех)3 As 2 х=0.01;
- изучить установку Cryogenic Free;
- провести измерения электропроводности нового РМП (ZnL _х F ех)3 As 2 в интервале температур 1.6 К - 120 К;
- проанализировать результаты исследований.
Структура работы.
Выпускная квалификационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы.
В процессе выполнения настоящей квалификационной работы были подготовлены образцы монокристалла (Zn1-xFex)3As2 х = 0.01для исследования электропроводности шестизондовым методом.Была освоена установка Cryogen Free и проведены измерения в интервале температур 1.6:120 K и магнитных полях 1Тл. Было установлено, что основными носителями заряда в исследованном температурном диапазоне являются дырки. По аналогии с РМП содержащими марганец можно предположить, что поведение удельной электропроводности связано с двумя примесными уровнями, вклад которых в изменение концентрации носителей отличается в нулевом и в магнитном поле 1 Тл. Установлено, что подвижность носителей заряда цр = 10-4, (см2В-1с-1) для зависимостей в нулевом и магнитном поле 1 Тл при низких температурах Т = 3К, а при повышении температуры подвижность менялась незначительно.
Проведённое впервые исследование электропроводности нового РМП (Zn1-xFex)3As2 х = 0.01требует дальнейшего уточнения.
Цели и задачи поставленные в данной квалификационной работе можно считать выполненными.
