Ферромагнитные полупроводники (ФМП) объединяют уникальные свойства полупроводников и магнетизма, что делает их идеальными кандидатами для создания спинтронных устройств, совмещающих полупроводниковые и магнитные функции. Однако ключевой проблемой для ФМП долгое время оставалось достижение высокой температуры Кюри (TК), позволяющей стабильную работу при комнатной температуре. 🧲
Хотя предыдущие исследования достигли TК в 420 K (выше комнатной), этого оказалось недостаточно для эффективной работы спин-активных материалов. Эта задача вошла в список 125 нерешенных проблем, опубликованных журналом Science в 2005 году.
Материалы вроде (Ga,Mn)As обладают низкой TК, ограничивая их применение. Попытки добавить железо в узкозонные полупроводники (например, GaSb) сталкивались с трудностями при сохранении кристаллической структуры, что ограничивало достижимую TК.
Команда профессора Фам Нам Хая из Токийского института науки (Япония) разработала высококачественный ФМП (Ga,Fe)Sb, используя метод ступенчатого роста на подложке GaAs (100) с углом отклонения 10°. 🌟 Результаты опубликованы в журнале Applied Physics Letters 24 апреля 2025 года.
Благодаря методу ступенчатого роста удалось ввести высокую концентрацию железа без потери кристаллической структуры, достигнув TК 530 K — рекордного значения для ФМП!
Для подтверждения ферромагнетизма использовали магнитный круговой дихроизм и метод Арротта, анализирующий магнитные переходы. «Раньше сохранение структуры при высоком содержании железа было проблемой. Ступенчатый рост на подложке позволил нам достичь рекордной TК», — пояснил профессор Хай.
Даже через 1,5 года хранения на воздухе тонкий слой (9,8 нм) сохранил ферромагнитные свойства с TК 470 K. Кроме того, материал показал магнитный момент 4,5 μB/атом (близко к идеальному значению 5 μB для Fe³⁺ в структуре цинковой обманки), что вдвое выше, чем у α-железа! 🔥
«Наша работа доказывает возможность создания ФМП с высокой TК, совместимых с комнатной температурой. Это ключевой шаг к спинтронным устройствам», — добавил Хай.
Исследование открывает путь к созданию спин-активных полупроводников, работающих при комнатной температуре, преодолев главное препятствие — низкую TК.
Предоставлено Токийским институтом науки.
—
Другие материалы из раздела [Атомная и конденсированная материя](https://www.physicsforums.com/forums/atomic-and-condensed-matter/)