自旋、声子与等离激元动力学对Cr掺杂3C-SiC中铁磁性的作用

缺陷诱导磁性在自旋电子学领域引发了大量关注。就此而言，SiC因其极端条件下的独特性质成为一种有前景的材料。因此研究掺杂SiC中缺陷与巡游载流子的相互作用以用于自旋电子学应用十分有趣。我们报道了采用热等离子体技术合成的Cr掺杂3C-SiC的结构稳定性与磁相互作用。未掺杂3C-SiC的EPR谱显示对应于 $g=2.00$ 的尖锐共振线，与体系中存在的缺陷相关。EPR谱相对强度的反常温度演化趋势可归因于宿主基质中磁关联缺陷。我们首次报道Cr掺杂3C-SiC中X波段与Q波段EPR研究的详细定量分析，揭示Cr可处于多价态。拉曼谱纵模（LO）的非单调变化基于载流子与表面等离激元相互作用用纵光学-等离激元耦合模型（LOPC）予以解释。由LOPC拟合实验数据所得载流子密度介于 $1.8\times10^{15}$ 至 $4.2\times10^{17}$ cm$^{-3}$ 之间。室温磁测量显示所有样品在高达7 T场下均呈现具非零矫顽力的铁磁行为。我们首次表明居里温度高于760 K。磁相互作用的定量分析验证了束缚磁极化子模型（BMP）的适用性，其可能源于Cr$^{3+}$离子与相关（Si, C）缺陷的交换相互作用。由BMP拟合估计的极化子密度与拉曼谱线形拟合所得载流子密度吻合良好。