重掺铁 GaAs 层中的高温本征铁磁性
应用物理
2020-10-07 v4 材料科学
摘要
采用脉冲激光沉积在真空中的 (001) i-GaAs 衬底上生长了平均 Fe 含量高达 20 at. % 的高温新型 GaAs:Fe 稀磁半导体（DMS）层。透射电子显微镜（TEM）与能量色散 X 射线光谱研究表明，在 180 和 200 °C 下获得的导电层为外延层，不含任何第二相夹杂物，但包含重叠微孪晶的富 Fe 柱状区域。对 250 °C 下获得的非导电层进行的 TEM 研究表明其中嵌有 GaAs:Fe DMS 的相干富 Fe 团簇。X 射线光电子能谱研究表明，Fe 原子与 Ga 和 As 原子形成化学键的概率几乎相等，因此替代 Ga 位和 As 位的 Fe 原子数量相当。所获得的导电 GaAs:Fe 层的 n 型导电性显然与 GaAs 带隙内 Fe 受主杂质带中的电子输运有关。在导电层中观测到直至室温的滞回负磁电阻。磁电阻测量指出导电 GaAs:Fe 层具有与柱状区域存在相关的面外磁各向异性。磁圆二色性研究证实，在 180、200 和 250 °C 下获得的层均为本征铁磁半导体，且在 200 °C 下获得的导电层居里点至少可达室温。研究表明，在重掺 Fe 的 GaAs 层中，铁磁性源于不同价态 Fe 原子经由中间 As 和 Ga 原子的 Zener 双交换作用。
引用
@article{arxiv.1911.00327,
title = {High-temperature intrinsic ferromagnetism in heavily Fe-doped GaAs layers},
author = {A. V. Kudrin and V. P. Lesnikov and Yu. A. Danilov and M. V. Dorokhin and O. V. Vikhrova and P. B. Demina and D. A. Pavlov and Yu. V. Usov and V. E. Milin and Yu. M. Kuznetsov and R. N. Kriukov and A. A. Konakov and N. Yu. Tabachkova},
journal= {arXiv preprint arXiv:1911.00327},
year = {2020}
}