Диссертация (1103182), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Для решения уравнения (5.1) требуются зависимости ε1 (ħω)для матрицы (GaAs) и для включений (MnAs). Полученное значение энергииплазмонного резонанса Esr = 0,9 эВ [80] соответствует низкоэнергетическойчасти резонансной полосы в спектрах ЭЭК.Для образца № 1 величина ЭЭК близка к уровню шума в диапазонетемператур от 295 – 85 К. ЭЭК в этой области температур, скорее всего,обусловлен следами кластеров MnAs. При охлаждении ниже 80 К, сигналЭЭК значительно возрастает.
Спектральные зависимости для этого образцапри Т = 80 К и 25 К показаны на рис. 5.1б. Видно, что при Т = 80 К в спектрехорошо выражен только участок в районе 1,65 эВ. При T = 25 К спектрсильно отличается по форме от образцов с включениями MnAs (№ 3 и № 4).В спектре выделяются четыре пика при E =1,65 эВ, 2 эВ, 3,2 эВ и 0,95 эВ(отмечены цифрами на рис.
5.1б).Образец № 2 показывает достаточно большую величину ЭЭК прикомнатной температуре. Спектры для образца № 2 при Т = 295 К, 120 К и 30К, показаны на рис. 5.1в. При температурах 295 и 120 К пики в спектрахобусловлены как оптическими переходами в «объёмных» включениях MnAs,так и появлением плазмонов в нанокластерах MnAs (особенность в диапазоне1 – 1,5 эВ). При T = 30 К в спектре наблюдается ряд новых особенностей приЕ < 1,2 эВ и E > 2 эВ.Поскольку величина ЭЭК линейно зависит от намагниченности,температурные зависимости ЭЭК в тонкоплёночных образцах характеризуют112Рис. 5.2.
Температурные зависимости ЭЭК для образцов GaMnAs №№ 1 – 4(а) и полевая зависимость ЭЭК для образца № 1 (б).113поведение намагниченности образцов. Температурные зависимости дляобразцов №№ 1 – 4, а также для эталонного образца MnAs, измеренные прификсированных энергиях падающего света, показаны на рис. 5.2а.Легко видеть, что кривая для образца № 3, который содержитзначительное количество «объёмных» включений MnAs, коррелирует поформе с кривой для эталонного образца MnAs [80]. В широком диапазонетемператур зависимости для образцов №№ 2 и 4 также коррелируют с кривойMnAs. Но при низких температурах у зависимостей для образцов №№ 2 и 4наблюдается второй подъём, что свидетельствует о присутствии второймагнитной фазы в этих образцах.У образца № 1обнаружен слабый сигнал в диапазоне 300 – 80 К.
При Т< 80 К происходит резкий рост величины ЭЭК, который не может бытьсвязан с кластерами MnAs. На рис. 5.2б показана полевая зависимость ЭЭКдля образца № 1 при Т = 25 К. Как видно из рисунка, образец № 1демонстрирует ферромагнитное поведение при этой температуре. Различиямежду спектральными и температурными зависимостями для образца № 1 иобразцов №№ 3, 4 (чьё ферромагнитное поведение главным образом связанос наличием MnAs) позволяют предположить, что в образце № 1ферромагнитное упорядочение магнитных моментов Mn возникает притемпературах ниже 80 К. Как видно из рис. 5.2а, в диапазоне 80 – 25 Квеличина ЭЭК для образца № 1 значительно возрастает, в то время как дляобразца № 3 остаётся почти неизменной.
Следовательно, вклад отостаточных «объёмных» включений MnAs в спектре образца № 1 являетсянезначительным при Т = 25 К. Можно также пренебречь возможным вкладомот нанокластеров MnAs. Таким образом, вид спектра ЭЭК образца № 1 при Т= 25 К можно связать с оптическими переходами в ферромагнитной матрице(Ga,Mn)As. Тот факт, что усиление ЭЭК наблюдается при энергиях, близкихк энергиям оптических переходов в критических точках Г (Е0 и Е0 + Δ0) и L(Е1 и Е1 + Δ1) полупроводниковой матрицы GaAs [142], свидетельствует о114наличии собственного ферромагнетизма в образце № 1 при низкихтемпературах.Когда в образце № 1 только возникает ферромагнитное упорядочение,слабые сигнал ЭЭК от матрицы (Ga,Mn)As и следов MnAs могут бытьсравнимы по величине, и их суперпозиция, может стать причиной появлениябольшого положительного пика в спектре при 80 К, рис.
5.1б.Рост величины ЭЭК на низкотемпературных участках кривых дляобразцов №№ 2 и 4 указывает, что в этих образцах также происходитферромагнитноеупорядочениематрицы.Поскольку сигналЭЭКотвключений MnAs изменяется несильно, при температуре ниже 125 К мыможем оценить вклад полупроводниковой матрицы в общую величину ЭЭКпутём вычитания значения ЭЭК при 120 К из значения при Т = 30 К.Полученная зависимость показана на рис.
5.1в. Можно видеть, чтоположенияпиковвразностнойкривойблизкокположениюсоответствующих пиков в спектре образца № 1, рис. 5.1б.5.1.3. Серия GaMnSbВ образцах №№ 6–11 мышьяк был заменён сурьмой. Образцы былиполучены методом лазерной абляции при различных температурах подложек,с различными номинальными концентрациями марганца.Как следует из рис.
5.3, характер спектров ЭЭК для образцов GaMnSbсильно зависит от технологических параметров. Образцы GaMnSb могутбыть разделены на три группы по характеру их спектров.I группа. Образцы №№ 6 – 8, в которых спектры ЭЭУ имеют пик около1,5 эВ, а также две хорошо выраженные особенности вблизи 3 и 4 эВ.II группа.
Образцы №№ 10 и 11. В спектрах этих образцов наблюдаетсясильное резонансное усиление с максимумом вблизи 1 эВ и несколько115Рис. 5.3. Спектральные зависимости ЭЭК для образцов тонких плёнокGaMnSb №№ 5 – 11 с различной концентрацией марганца при T = 300 К.116слабых особенностей в области энергий E > 1,5 эВ. В инфракрасной областиспектры для этой группы напоминают спектры образца GaMnAs № 4III группа.
Образцы №№ 5 и 9, имеющие промежуточный характерспектров ЭЭК. В спектрах этих образцов наблюдаются максимумы приэнергиях 1 и 1,5 эВ. При энергиях E > 2 эВ зависимости аналогичнынаблюдаемым в образцах из группы II.Температурная зависимость ЭЭК измеренная в области температур 80< T < 300 К демонстрирует слабое изменение величины ЭЭК с ростомтемпературы. Поэтому можно считать, что ТС для исследованных образцовмного больше комнатной температуры и сильный магнитооптический откликсвязан с включениями кластеров MnSb, у которых TC = 560 К [143].При этом слои GaMnSb из I группы (№№ 6–8), выращенные привысокой температуре (Тg = 400 oC) и с большой концентрацией xMn подобнообразцам, выращенным методом молекулярно-лучевой эпитаксией привысокой температуре [66], содержат объёмные кластеры MnSb, и спектрыЭЭК в этих образцах связаны с межзонными переходами в большихкластерах MnSb.
Особенности вблизи энергий 1,5; 3,0 и 4,0 эВ наблюдалисьраньше в спектрах ПЭК и МКД для тонких слоев MnSb [144],[145].Резонансное поведение ЭЭК для образцов группы II (№№10,11) с Тg =400 oC и с малой концентрацией xMn = 0,09 и 0,08 подобно спектрам длягранулированных пленок GaAs:MnAs [79] и слоям InMnAs [80] cнанокластерами MnAs, в которых резонансное поведение ЭЭК вызывалосьвозбуждением поверхностных плазмонов в нанокластерах MnAs. В силутого, что оптические спектры для матрицы GaSb [146] и MnSb [147] вобласти до 2 эВ близки по своему виду спектрам матрицы GaAs [148] и MnAs[80] соответственно, то и поверхностные плазмоны в GaMnAs и GaMnSbбудут образовываться при близких значениях энергии.
Например, из оценкиграфического решения уравнения (5.1), проведённой по спектрам для GaSb[146] и MnSb [147], появление плазмонного резонанса в GaMnSb должнопроисходить при Esr ~ 0,9 эВ. Таким образом, резонансное поведение ЭЭК в117GaMnSb в области энергий 0,5–1,5 эВ можно связать с возбуждениемповерхностных плазмонов в нанокластерах MnSb.В спектрах ЭЭК образцов, полученных при Тg = 300 oC, но с большейконцентрацией xMn = 0,33 и 0,5 (III группа) проявляются особенности.связанные с возбуждением поверхностных плазмонов в нанокластерах MnSb(Е ~ 1 эВ) и особенности, присущие спектру объёмных кластеров MnSb (Е ~1,5 эВ). Очевидно, что в этих образцах присутствуютвключения MnSbразных размеров.§ 5.2.
Магнитные полупроводники TiO2:VТонкие плёнки ферромагнитных полупроводников Ti1–xVxO2–δ наподложке LaAlO3 были выращены в АО «Гиредмет» (Москва) с помощьюрадиочастотногомагнетронногораспыленияметаллическихмишенейсплавов в атмосфере аргон — кислород. Концентрация примеси ванадиясоставила 1, 3, 10 и 18 атомных %, что было определено по составу мишенейи проверено рентгеновским рассеянием. Парциальное давление кислорода впроцессе изготовления составляло от 2·10-6 до 2·10-4 мм рт. ст. Температураподложки составила 650oC, скорость роста 0,05 – 0.09 нм/с.
Путёмизменения содержания кислорода в изготовительной камере были полученыплёнкисразличнымзначениемудельногосопротивления:отдиэлектрических до вырожденных полупроводников (от 10-3 до 106 Ом∙см)[149].Согласно данным рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии,ванадий в образцах TiO2:3%V находится в ионном (неметаллическом)состоянии.
То есть, при малой концентрации ванадия невозможнообразование металлических кластеров. С увеличением концентрации ванадия(до 10 и 18 %) в рентгеновских спектрах наряду с пиками ионного состоянияпоявлялись пики, соответствующие металлическому состоянию.118Измерения намагниченности показали, что все образцы являютсяферромагнитными, при этом намагниченность насыщения незначительноменяется при изменении сопротивления образцов. Максимальный магнитныймомент обнаружен у образцов с 3% ванадия (4,8 µB/атом) [149].Поскольку соединения ванадия с кислородом или титаном, также какобъёмные образцы ванадия, не проявляют ферромагнитного упорядочения[149], ферромагнетизм пленок TiO2:V всегда будет собственным, то естьсвязанным с ферромагнетизмом твёрдого раствора диоксида титана спримесями ванадия.
Уменьшение намагниченности у плёнок с 10 и 18%ванадия можно объяснить формированием парамагнитных кластеров ванадияв ферромагнитном твердом растворе.Магнитооптический сигнал был обнаружен в плёнках с максимальныммагнитныммоментом(3%ванадия;0,6-35.4).Спектрплёнкис350 Ohm*cm7 Ohm*cm0,035 Ohm*cm0,4TKE, 10рис.H = 2,9 kOeT = 74 K0,20,0-0,2-0,40,51,01,52,02,53,03,5E, eVРис. 5.4. Спектральные зависимости ЭЭК для тонких плёнок TiO2:3%V наподложке LaAlO3 сопротивлением 350 Ом∙см, 7 Ом∙см и 0,035 Ом∙см.119сопротивлением350Ом∙смимеетнаиболеечётковыраженныеположительные и отрицательные пики, указывающие на наличие новыхпримесных уровней в запрещённой зоне TiO2.
Появление этих пиков можетбыть связано с замещением атомов титана атомами ванадия. У плёнки сменьшим сопротивлением величина ЭЭК меньше и положения пиковотличаются. В спектре плёнки с ρ = 0,035 Ом∙см чётких пиков ненаблюдается. Величина ЭЭК значительно меньше, спектр имеет размытыйхарактер. Для плёнок с 10 и 18% ванадия магнитооптический эффектотсутствовал.Интересно провести сравнение спектров ЭЭК для TiO2:1%V сполученными ранее спектрами TiO2:1,3%Co [150],[151]. Как отмечалось в §2.2,существуетнесколькомоделейвозникновениясобственногоферромагнетизма в разбавленных магнитных полупроводниках на основеоксида титана: косвенное РККИ или двойное обменное взаимодействие[81],[95],[96], суперобменное взаимодействие [97], поляронная перколяция[82],[98] и другие. Но ни одна из них не может объяснить всех имеющихсяэкспериментальных данных.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
