Магнитные полупроводники активно являются перспективными материалами для спиновой электроники. Однако, как показывают эксперименты американских ученых, природа возникновения магнитного состояния в таких материалах еще не вполне ясна.

Материальную основу современной информационной технологии составляют полупроводники и ферромагнетики. В вычислительных системах они выполняют различные функции: полупроводниковые микропроцессоры используются для обработки информации, а ферромагнитные устройства предназначены для хранения информации и обеспечения доступа к ней. Альтернативой является интеграция этих функций в ферромагнитных полупроводниках, из которых, как предполагается, будут изготавливаться базовые элементы спинтроники. Один из перспективных кандидатов – арсенид галлия, легированный марганцем. Проблема здесь состоит в сильной дефектности образцов: длина свободного пробега носителей обычно не превышает 1 нм. Кроме того, не вполне ясна физическая картина формирования ферромагнитного состояния в Ga_1-xMn_xAs. Принято считать, что локальные магнитные моменты атомов марганца ориентируют спины подвижных дырок (которые образуются при замещении атома галлия атомом марганца), и наоборот. Но остается еще много непонятного.

Рис.1 Внедрение атомов марганца в кристалл GaAs иглой сканирующего туннельного микроскопа.

Американские физики из университетов Принстона, Иллинойса и Айовы использовали сканирующий туннельный микроскоп для размещения атомов марганца в узлы решетки на поверхности кристаллов GaAs. Это достигали за счет подачи импульса напряжения на иглу сканирующего туннельного микроскопа, расположенную вблизи адсорбированного на поверхности (и слабо связанного с ней) атома марганца. В результате атом марганца "выбивал" атом галлия из поверхностного слоя и занимал его место (рис.1).

Силу ферромагнитного взаимодействия между спинами двух атомов марганца определяли по величине разности энергий связанного и антисвязанного электронных состояний такой пары. Американские ученые обнаружили, что ферромагнитное упорядочение имеет место и в отсутствие дырок. Это, возможно, потребует пересмотра современных представлений о магнетизме легированных полупроводников. Было также установлено, что ферромагнитное взаимодействие зависит от ориентации пары Mn-Mn относительно кристаллографических осей GaAs. Можно попытаться использовать эту анизотропию для выращивания структур Ga_1-xMn_xAs с более высокой температурой Кюри, нежели у образцов с хаотически распределенными по объему примесями марганца.

Источник информации - заметка Л.Опенова в бюллетене ПерсТ, выпуск 15/16 за 2006 г.