Jump to content

Магнитный полупроводник

(Перенаправлено из магнитных полупроводников )
Нерешенная проблема в физике :
Можем ли мы создать материалы, которые показывают свойства как ферромагнитов, так и полупроводников при комнатной температуре?

Магнитные полупроводники - это полупроводниковые материалы , которые демонстрируют как ферромагнетизм (или аналогичный ответ), так и полезные полупроводниковые свойства. При реализации в устройствах эти материалы могут обеспечить новый тип управления проводимостью. В то время как традиционная электроника основана на контроле носителей заряда ( N- или P-тип ), практические магнитные полупроводники также позволят контролировать состояние квантового спина (вверх или вниз). Это теоретически обеспечит почти тотальную спиновую поляризацию (в отличие от железа и других металлов, которые обеспечивают только ~ 50% поляризацию), что является важным свойством для применений Spintronics , например, спиновых транзисторов .

В то время как многие традиционные магнитные материалы, такие как магнетит , также являются полупроводниками (магнетит представляет собой полупроводник с полосой 0,14 эВ), ученые-материалы, как правило, предсказывают, что магнитные полупроводники найдут широкое использование только в том случае, если они похожи на хорошо развитые полупроводнические материалы. С этой целью разбавленные магнитные полупроводники ( DMS ) в последнее время были в центре внимания исследования магнитных полупроводников. Они основаны на традиционных полупроводниках, но легируют вместо переходными металлами или в дополнение к электронно активным элементам. Они представляют интерес из -за их уникальных свойств спинтроники с возможными технологическими применениями. [ 1 ] [ 2 ] Оксиды металлов с широкопологами с широкополосным зазором, такие как оксид цинка (ZNO) и оксид титана (TIO 2 ), являются одними из лучших кандидатов на промышленные DMS из-за их многофункциональности в оптимагнитных приложениях. В частности, DMS на основе ZnO со свойствами, такими как прозрачность в визуальной области и пьезоэлектричность, вызвали огромный интерес среди научного сообщества в качестве сильного кандидата для изготовления спиновых транзисторов и поляризованных световых диодов . [ 3 ] В то время как медный легированный Tio 2 в фазе анатазы этого материала также было предсказано, что демонстрирует благоприятный разбавленный магнетизм. [ 4 ]

Хидео Оно и его группа в Университете Тохоку были первыми, кто измерял ферромагнетизм переходными металлами, с легированными в составных полупроводниках такими как арсенид индия, арсенид [ 5 ] и галлий -арсенид [ 6 ] легируется марганцем (последний обычно называют гамнами ). Эти материалы демонстрировали достаточно высокие температуры CURIE (но ниже комнатной температуры ), которые масштабируются с концентрацией носителей заряда P-типа . С тех пор ферромагнитные сигналы были измерены из различных полупроводниковых хозяев, легированных различными атомами перехода.

Новаторская работа Dietl et al. показал, что модифицированная модель Zener для магнетизма [ 7 ] Хорошо описывает зависимость носителей, а также анизотропные свойства гамн . Та же самая теория также в комнате предсказывал, что ферромагнетизм должен существовать в сильно легированном ZnO и Gan , легированном CO и MN, соответственно. Эти прогнозы последовали за шквалом теоретических и экспериментальных исследований различных полупроводников оксида и нитридов, что, по -видимому, подтверждает ферромагнетизм комнатной температуры практически в любом полупроводнике или изоляторе материала сильно легирован примеси переходных металлов . ранней Тем не менее, исследования функциональной теории плотности (DFT) были омрачены ошибками разрыва в плане и чрезмерно делокализованными уровнями дефектов, и более продвинутые исследования DFT опровергают большинство предыдущих прогнозов ферромагнетизма. [ 8 ] Аналогично, было показано, что для большинства исследований материалов на основе оксидных материалов для магнитных полупроводников Не демонстрируют внутренний опосредованный носителем ферромагнетизм, как постулируют Dietl et al. [ 9 ] На сегодняшний день Gamnas остается единственным полупроводниковым материалом с надежным сосуществованием ферромагнетизма, сохраняющимся до довольно высоких температур CURIE около 100–200 K.

Материалы

[ редактировать ]

Производительность материалов зависит от растворимости тепловой равновесия легирующей привязки в основном материале. Например, растворимость многих легированных вонов в оксиде цинка достаточно высока, чтобы подготовить материалы оптом, в то время как некоторые другие материалы имеют настолько низкую растворимость легированных вон тонкие пленки .

Постоянная намагниченность наблюдалась в широком спектре материалов на основе полупроводников. Некоторые из них демонстрируют четкую корреляцию между плотностью носителей и намагничностью, включая работу Т. История и коллеги, где они продемонстрировали, что ферромагнитная температура Кюри Мин 2+ -Допированный PB 1 -X SN X TE может контролироваться концентрацией носителя . [ 10 ] Теория, предложенная Dietl, требует зарядных носителей в случае отверстий , чтобы опосредовать магнитную связь марганца легированных вон в прототипном магнитном полупроводнике, MN 2+ -Допированный Гаас . Если в магнитном полупроводнике существует недостаточная концентрация отверстия, то температура CURIE будет очень низкой или будет иметь только парамагнетизм . Однако, если концентрация отверстия высока (> ~ 10 20 см −3 ), тогда температура Кюри будет выше, от 100 до 200 К. [ 7 ] Тем не менее, многие из изученных полупроводниковых материалов демонстрируют постоянную намагничивание внешнее к полупроводниковому материалу хоста. [ 9 ] Много неуловимого внешнего ферромагнетизма (или фантомного ферромагнетизма ) наблюдается в тонких пленках или наноструктурированных материалах. [ 11 ]

Несколько примеров предлагаемых ферромагнитных полупроводниковых материалов перечислены ниже. Обратите внимание, что многие из приведенных ниже наблюдений и/или прогнозов остаются в значительной степени обсуждены.

  1. ^ Furdyna, JK (1988). «Разбавленные магнитные полупроводники». J. Appl. Физический 64 (4): R29. Bibcode : 1988jap .... 64 ... 29f . doi : 10.1063/1.341700 .
  2. ^ Оно, Х. (1998). «Создание немагнитных полупроводников ферромагнитных». Наука . 281 (5379): 951–5. Bibcode : 1998sci ... 281..951o . doi : 10.1126/science.281.5379.951 . PMID   9703503 .
  3. ^ Ogale, SB (2010). «Разбавляние допинг, дефекты и ферромагнетизм в системах оксида металлов». Продвинутые материалы . 22 (29): 3125–3155. Bibcode : 2010Adm .... 22.3125o . doi : 10.1002/adma.200903891 . PMID   20535732 . S2CID   25307693 .
  4. ^ Jump up to: а беременный Асади, MHN; Hanaor, Dah (2013). «Теоретическое исследование энергетики и магнетизма меди в TIO 2 полиморфах ». Журнал прикладной физики . 113 (23): 233913–233913–5. Arxiv : 1304.1854 . Bibcode : 2013jap ... 113W3913A . doi : 10.1063/1.4811539 . S2CID   94599250 .
  5. ^ Munekata, H.; Оно, ч.; Von Molnar, S.; Segmüller, Armin; Чанг, LL; Эсаки Л. (1989-10-23). «Разбавленные магнитные полупроводники III-V». Письма о физическом обзоре . 63 (17): 1849–1852. Bibcode : 1989 phrvl..63.1849m . doi : 10.1103/physrevlett.63.1849 . ISSN   0031-9007 . PMID   10040689 .
  6. ^ Оно, ч.; Shen, A.; Matsukura, F.; Oiwa, A.; Endo, A.; Katsumoto, S.; Iye, Y. (1996-07-15). «(GA, MN) как: новый разбавленный магнитный полупроводник на основе GaAs». Прикладные физические буквы . 69 (3): 363–365. Bibcode : 1996apphl..69..363o . doi : 10.1063/1.118061 . ISSN   0003-6951 .
  7. ^ Jump up to: а беременный Dietl, T.; Оно, ч.; Matsukura, F.; Cibert, J.; Ферран, Д. (февраль 2000 г.). «Модель Zener Описание ферромагнетизма в цинковых магнитных полупроводниках». Наука . 287 (5455): 1019–22. Bibcode : 2000sci ... 287.1019d . doi : 10.1126/science.287.5455.1019 . PMID   10669409 . S2CID   19672003 .
  8. ^ Алекс Зангер, Стефан Лэни и Ханнес Рейбигер (2010). «Стремление разбавить ферромагнетизм в полупроводниках: руководства и ошибочные теории» . Физика . 3 : 53. Bibcode : 2010phyoj ... 3 ... 53z . doi : 10.1103/physics.3.53 .
  9. ^ Jump up to: а беременный JMD Coey, P. Stamenov, Rd Gunning, M. Venkatesan и K. Paul (2010). «Ферромагнетизм в оксидах и связанных с ними дефект». Новый журнал физики . 12 (5): 053025. Arxiv : 1003.5558 . BIBCODE : 2010NJPH ... 12E3025C . doi : 10.1088/1367-2630/12/5/053025 . S2CID   55748696 . {{cite journal}}: Cs1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  10. ^ История, Т.; Gała̧zka, R.; Франкель, Р.; Вольф, П. (1986). «Ферромагнетизм-индуцированный индуцированный носитель в pbsnmnte» . Письма о физическом обзоре . 56 (7): 777–779. Bibcode : 1986 Phrvl..56..777s . doi : 10.1103/physrevlett.56.777 . PMID   10033282 .
  11. ^ LMC Pereira (2017). «Экспериментальная оценка происхождения разбавленного магнетизма в наноматериалах». Журнал физики D: прикладная физика . 50 (39): 393002. BIBCODE : 2017JPHD ... 50M3002P . doi : 10.1088/1361-6463/aa801f . S2CID   126213268 .
  12. ^ «Мюона в магнитных полупроводниках» . Triumf.info. Архивировано из оригинала 2008-11-21 . Получено 2010-09-19 .
  13. ^ Фукумура, т; Toyosaki, h; Yamada, Y (2005). «Магнитные оксидные полупроводники». Полупроводниковая наука и технология . 20 (4): S103 - S111. arxiv : cond-mat/0504168 . Bibcode : 2005scest..20s.103f . doi : 10.1088/0268-1242/20/4/012 . S2CID   96727752 .
  14. ^ Philip, J.; Punnoose, A.; Ким, Би; Редди, Км; Layne, S.; Холмс, Джо; Satpati, B.; Leclair, Pr; Сантос, Т.С. (апрель 2006 г.). «Ферромагнетизм, контролируемый носителем в прозрачных полупроводниках оксида». Природные материалы . 5 (4): 298–304. Bibcode : 2006natma ... 5..298p . doi : 10.1038/nmat1613 . ISSN   1476-1122 . PMID   16547517 . S2CID   30009354 .
  15. ^ Рейбигер, Ханнес; Лэни, Стефан; Zunger, Alex (2008-07-07). «Контроль ферромагнетизма с помощью легирования электронов в 2 O 3: CR». Письма о физическом обзоре . 101 (2): 027203. BIBCODE : 2008 PHRVL.101B7203R . doi : 10.1103/physrevlett.101.027203 . ISSN   0031-9007 . PMID   18764222 .
  16. ^ Kittilstved, Кевин; Шварц, Дана; Туан, Аллан; Хилд, Стив; Чемберс, Скотт; Gamelin, Daniel (2006). «Прямая кинетическая корреляция носителей и ферромагнетизма в CO2+: Zno» . Письма о физическом обзоре . 97 (3): 037203. Bibcode : 2006 phrvl..97c7203k . doi : 10.1103/physrevlett.97.037203 . PMID   16907540 .
  17. ^ Лэни, Стефан; Рейбигер, Ханнес; Zunger, Alex (2008-06-03). «Магнитные взаимодействия паров примеси CR-Cr и Co-CO в ZnO в рамках поправочного функционального подхода плотности с полосой» ». Физический обзор б . 77 (24): 241201. Bibcode : 2008 Phrvb..77x1201L . doi : 10.1103/physrevb.77.241201 . ISSN   1098-0121 .
  18. ^ Martínez-Boubeta, C.; Белтран, Джи; Balcells, LL.; Konstantinović, Z.; Валенсия, с.; Schmitz, D.; Арбитраж, Дж.; Estrade, S.; Корнил, Дж. (2010-07-08). «Ферромагнетизм в прозрачных тонких пленках MGO» (PDF) . Физический обзор б . 82 (2): 024405. BIBCODE : 2010FRVB..82B4405M . Doi : 10.1103/physrevb.82.024405 . HDL : 2445/33086 .
  19. ^ Jambois, O.; Гонки, P.; Энтони, а.; Бертомеу, Дж.; Martinez-Boubeta, C. (2011-12-01). "MGO Films" Твердое государственное общение 151 (24): 1856–1859. Bibcode : 2011shat . два 10.1016/j.ssc.2011.10.009: HDL : 2445/5
  20. ^ «Новый магнитный полупроводник-материал для новой температуры обещает для устройств хранения данных Spintronics» . Курцвейлай . Получено 2013-09-17 .
  21. ^ Ли, YF; Wu, F.; Кумар, Р.; Hunte, F.; Schwartz, J.; Нараян, Дж. (2013). «Эпитаксиальная интеграция разбавленного магнитного полупроводника SR3SNO с Si (001)». Прикладные физические буквы . 103 (11): 112101. Bibcode : 2013apphl.103K2101L . doi : 10.1063/1.4820770 .
  22. ^ Чемберс, Скотт А. (2010). «Эпитаксиальный рост и свойства легированных переходных металлов и сложных оксидных пленок» . Продвинутые материалы . 22 (2): 219–248. Bibcode : 2010Adm .... 22..219c . doi : 10.1002/adma.200901867 . PMID   20217685 . S2CID   5415994 .
  23. ^ Франдсен, Бенджамин А.; Гонг, Zizhou; Terban, Maxwell W.; Openerjee, Soham; Чен, Биджуан; Джин, Чанцин; Фейгенсон, Михаил; Уэмра, Ясутомо Дж.; Биллинг, Саймон Дж.Л. (2016-09-06). "Локальная атомная и магнитная структура разбавленного магнитного полупроводника (Ba, k) (Zn, Mn) 2 как Физический обзор б 94 (9): Arxiv : 1608.02684 094102. Bibcode : 2016 Phrvb..94i4102f Doi : 10.1103/ physrevb.94.0 ISSN   2469-9
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 85342b451fe0f09d13efc65ee80ee3b4__1707240300
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/85/b4/85342b451fe0f09d13efc65ee80ee3b4.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Magnetic semiconductor - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)