Antiferomagnetické polovodiče I-Mn-V: epitaxní příprava a první experimenty

Přednášející
  • Vít Novák
Místo
Přednáškový sál Fyzikálního ústavu, Pod vodárenskou věží 1, Praha 8
Jazyk události
Čeština
Afiliace
Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i.
Datum
30. 5. 2012, 15.00–16.00

Kombinace magnetického uspořádání a polovodivosti v jediném materiálu je mimořádně lákavá pro své potenciální využití ve spintronice. Intenzivně studovány jsou feromagnetické polovodiče typu (III,Mn)-V, zdá se však, že v jejich případě existují fyzikálně podmíněné meze (např. kritická teplota), které činí jejich praktickou využitelnost nejistou.

Radikální alternativu představují antiferomagnetické materiály, u kterých řada omezení spojených s feromagnetismem odpadá: kritická teplota bývá systematicky vyšší, zakázaný pás – pokud existuje – není redukován spinovou polarizací, absence rozptylového magnetického pole dovoluje vyšší hustotu integrace, atd. Zástupce této třídy materiálů je možné nalézt ve sloučeninách odvozených od křemíku a naše výpočty navíc předpovídají, že alespoň některé z nich jsou polovodiče. Třída materiálů typu I-Mn-V je jejich prominentním příkladem a na ni jsme soustředili naše experimentální úsilí.

Některé z materiálů z rodiny I-Mn-V byly získány přímou chemickou syntézou za vysoké teploty, kvalita takto připravených vzorků však nedovoluje studium jejich elektronové struktury. Technologie molekulární svazkové epitaxe (MBE) obecně umožňuje připravit tenké vrstvy v nejvyšší krystalografické kvalitě, zcela neobvyklé je však spojení MBE a vysoce reaktivních alkalických kovů skupiny Ia. Monokrystalický LiMnAs připravený ve FZÚ je historicky prvním materiálem typu I-Mn-V připraveným tímto způsobem [1] a díky tomu zároveň prvním materiálem, u kterého se podařilo prokázat polovodivost a antiferomagnetické uspořádání za pokojové teploty [2].

Významné technické výhody, zejména pokud jde o riziko poškození aparatury a o dlouhodobou stabilitu epitaxního materiálu, přináší nahrazení alkalického kovu prvky ze skupiny Ib. Příkladem je CuMnAs [3], který se stal druhým členem rodiny I-Mn-V připraveným technologií MBE. Tento materiál je zajímavý rovněž díky své strukturální kompatibilitě s GaAs a dalšími materiály, která umožňuje využít jej v epitaxních sendvičových strukturách se spintronickou funkcionalitou.

[1] T. Jungwirth, et al.:Demonstration of molecular beam epitaxy and a semiconductor band structure for I-Mn-V compounds, Phys. Rev. B 83, 035321 (2011).
Viz též: R. Cava, Viewpoint: A useful pyramid scheme, Physics 4, 7(3) (2011)

[2] A. P. Wijnheijmer et al.: Scanning tunneling microscopy reveals LiMnAs is a room temperature anti-ferromagnetic semiconductor, Appl. Phys. Lett. 100, 112107 (2012)

[3] F. Máca, et al.: Room-temperature antiferromagnetism in CuMnAs, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 324, 1606 (2012)