表面活性剂介导的铁磁 Mn δ 掺杂 Si 的生长
材料科学
2015-06-12 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
我们研究了通过分子束外延在 Si(001) 中生长的 Mn δ 掺杂层。我们发现 Pb 表面活性剂对亚单层 Mn 的结构和磁学性质有显著影响，这种影响取决于 Si 覆盖层的生长温度 T_Si 和 Mn 覆盖度 θ_Mn。本文给出的结果在生长相图中确定了三个区域，其特征为不同的磁学行为和晶体结构。在一个区域中，X 射线吸收精细结构 (XAFS) 和透射电子显微镜 (TEM) 实验表明，形成了具有类 B2 晶体结构的 MnSi 纳米微晶。在最佳生长条件 T_Si = 200 °C 和 θ_Mn = 0.26 单层下，形成了一个铁磁相，其居里温度 T_C > 400 K，饱和磁矩 m_sat = 1.56 μ_B/Mn，而未使用 Pb 制备的对照样品的 T_C 则降至零。当 T_Si > 200 °C 时，形成 MnSi-B20 型析出物，其 T_C 约为 170 K。卢瑟福背散射谱表明，这两个相中剩余磁化强度的增加可能与 Mn 替位比例的增加有关，这暗示在析出物之间的基体中可能正在形成 Si_{1-x}Mn_x 稀磁半导体。密度泛函计算表明，Pb 改变了 Mn 原子进入 Si 替位位置 Mn_Si 的途径。虽然 Pb 增加了 Mn_Si 在 Si 表面的形成能，但它通过将 Si 空位的形成能降低 0.92 eV，使得替位式掺入成为可能。
引用
@article{arxiv.1301.6651,
title = {Surfactant mediated growth of ferromagnetic Mn {\delta}-doped Si},
author = {S. Kahwaji and R. A. Gordon and E. D. Crozier and S. Roorda and M. D. Robertson and J. Zhu and T. L. Monchesky},
journal= {arXiv preprint arXiv:1301.6651},
year = {2015}
}
备注
10 pages, 8 figures