Pavyko patikslinti galio mangano arsenido elektroninę sandarą

Pirmąkart nustatyta galio mangano arsenido Fermio lygmens padėtis ir juostų sandara – mokslininkai įsitikinę, jog tai padės atskleisti tikslų šios medžiagos feromagnetizmo susidarymo mechanizmą.

Tokijo universitetas (Japonija) paskelbė, jog profesoriui Masakiui Tanakai (Masaaki Tanaka) kartu su kolegomis pavyko nustatyti puslaidininkinės spintroninės medžiagos galio mangano arsenido (GaMnAs) Fermio lygmens padėtį ir juostų sandarą, naudojant unikalų metodą, kuriame suderinama tiksli ėsdinimo technologija su rezonansine tuneline spektroskopija. Mokslininkų darbas išspausdintas prestižiniame „Nature Physics“ žurnale.

Feromagnetinių savybių puslaidininkiai yra pagrindinės medžiagos, naudojamos spintronikoje. Spintronika yra ypatinga tuo, kad čia yra išnaudojamas ne tik elektrono krūvis, bet ir jo sukinys – taip gerokai praplečiamas galimas technologijų taikymo potencialas. Nors galio mangano arsenidas yra tipinė feromagnetinė medžiaga, jo juostų sandara yra ganėtinai prieštaringa. Pagal vyraujantį modelį, dėl mangano atomų valentinė juosta yra susijungusi su priemaišine juosta, o Fermio lygmuo yra išsidėstęs juostos viduje. Elektrinį laidumą lemia skylių judėjimas. Tačiau optiniai tyrimai rodo, jog Fermio lygmuo yra išsidėstęs ne valentinėje juostoje.

Mokslininkų darbe ant (001) orientacijos galio arsenido (GaAs) padėklo sėkmingai užauginti 100 nanometrų storio beriliu legiruoto GaAs, 5 nanometrų storio aliuminio arsenido tunelinio barjero ir GaMnAs sluoksniai. GaMnAs sluoksnis išėsdintas taip, jog jo storis kistų nuo 4.6 iki 22 nanometrų – tam, kad būtų suformuotos skirtingo storio kvantinės duobės tarp paviršiaus ir tunelinio barjero. Rezonansinė tunelinė spektroskopija leido pamatyti valentinės GaMnAs juostos vaizdą. Kaip paaiškėjo, praktiškai be jokių pokyčių išliko valentinės GaAs juostos sandara, kuri nesusijungia su priemaišine juosta visuose GaMnAs bandiniuose (juose mangano kiekis svyravo nuo 6 iki 15 procentų). Įdomu ir tai, kad pamaininis valentinės juostos sukilimas yra labai mažas (vos keli milielektronvoltai), nors GaMnAs kristalų Kiuri temperatūra yra gana aukšta – 154K (-109 oC).

Tyrėjai mano, kad jų atradimas padeda geriau pažinti GaMnAs feromagnetizmo susidarymo mechanizmą, apie kurį karštai diskutuojama jau daugiau nei dešimtmetį.

   

Facebook komentarai