Магниторазведенные ферромагнитные полупроводники на основе соединений II-VI, III-VI и IV-VI

Abstract

Исследованы химический и фазовый состав, магнитная восприимчивость, SIMS, данные магнитной силовой микроскопии и нейтронной дифракции монокристаллов Ge1–x–ySnxMnyTe, InSe<Mn> и ZnO<Co,Mn> в широком диапазоне температур и магнитных полей. Для Ge1–x–ySnxMnyTe установлено существование ферромагнитного (ФМ) упорядочения с температурой Кюри ТС ~ 50 К, вызванное непрямым обменным взаимодействием между ионами Mn через вырожденный газ дырок. Показано, что ФМ области кристалла при Т < 50 К образуют фазу спинового стекла. В InSe<Mn> наблюдались петли гистерезиса магнитного момента М(Н) вплоть до 350 К. Они свидетельствуют о существовании ферромагнитного упорядочения, связанного, по-видимому, с ФМ кластерами, в которых предполагается суперобмен ионов Mn через анионы (Se), и c непрямым взаимодействием через 2D-электронный газ. Обнаружено удвоение периода магнитной подрешетки включений второй фазы -MnSe при Т < 70 К, а размещение ее в слоистой структуре матрицы InSe<Mn> имеет регулярный характер, образуя самоорганизованную сверхрешетку ФМ/АФМ. Температурная зависимость М в ZnO<Co,Mn> подчиняется закону Кюри. При превышении предела растворимости Co в ZnO наблюдались петли гистерезиса как следствие проявления второй ферромагнитной фазы. Для образцов ZnO<Mn>, а также в некоторых образцах ZnO<Co> при содержании Co в пределах растворимости имело место АФМ взаимодействие.

Досліджено хімічний і фазовий склад, магнітну сприйнятливість, SІMS, дані магнітної силової мікроскопії й нейтронної дифракції монокристалiв Ge1–x–ySnxMnyTe, ІnSe<Mn> і Zn<Co,Mn> у широкому діапазоні температур і магнітних полів. Для Ge1–x–ySnxMnyTe встановленo існування феромагнітного (ФМ) упорядкування з температурою Кюрі ТС ~ 50 К, що викликано непрямою обмінною взаємодією між іонами Mn через вироджений газ дірок. Показано, що ФМ області кристалу при Т < 50 К утворюють фазу спінового скла. В ІnSe<Mn> спостерігалися петлі гістерезису магнітного моменту М(Н) аж до 350 К. Вони свідчать про існування феромагнітного впорядкування, пов'язаного, очевидно, із ФМ кластерами, у яких передбачається суперобмін іонів Mn через аніони (Se), і з непрямою взаємодією через 2D-електронний газ. Виявлено подвоєння періоду магнітної підгратки включень другої фази -MnSe при Т < 70 К, а розміщення її в шаруватій структурі матриці ІnSe<Mn> має регулярний характер, що утворює самоорганізовану надгратку ФМ/АФМ. Температурна залежність М у ZnО<Co,Mn> підкоряється закону Кюрі. При перевищенні межі розчинності Co в ZnО спостерігалися петлі гістерезису як наслідок прояву другої феромагнітної фази. Для зразків ZnО<Mn>, а також у деяких зразках ZnО<Co> при вмісті Co у межах розчинності мала місце АФМ взаємодія.

Phase and chemical compositions, magnetic susceptibility, SIMS, magnetic force microscopy and neutron diffractometry of Ge1–x–ySnxMnyTe, InSe<Mn> and ZnO<Co,Mn> single crystals were investigated in a wide range of temperatures and magnetic fields. It is found that in Ge1–x–ySnxMnyTe there exists a ferromagnetic ordering with Curie temperature TC ~ 50 K, caused by indirect exchange interaction between the Mn ions via degenerate hole gas. The FM regions of the crystal at T < 50 K are shown to be in a spin glass state. In InSe<Mn> hysteresis loops of magnetic moment M(H) are observed up to 350 K, testifying that the FM ordering connected with FM clusters does exist in which a superexchange between Mn ions via anions (Se) and with indirect interaction via 2D electron gas is supposed to occur. The magnetic sublattice period for the α-MnSe (antiferromagnetic) second phase inclusions is found to be doubled at T < 70 K. Its disposition in the layered structure of the InSe matrix is of regular character, resulting in a self-assembled superlattice FM/AFM. The temperature dependence of magnetic moment in ZnO<Co,Mn> follows the Curie law. With increasing the Co concentration in ZnO higher than the solubility limit, hysteresis loops are observed as a result of the second FM phase occurence. In the case of the doping element within the solubility limits, ZnO<Mn> and some ZnO<Co> samples display antiferromagnetic behavior.