Структура и физические свойства тонкоплёночных разбавленных магнитных полупроводников на основе оксида цинка, полученных методом импульсного лазерного осаждения

Показано, что метод импульсного лазерного осаждения позволяет получать на сапфировых подложках тонкие плёнки Zn₁₋ₓCoₓOy (х = 0 - 0,42), Zn₁₋ₓMnₓOy (х = 0 - 0,08), Zn₁₋ₓLiₓOy (х = 0 - 0,06), которые во всём диапазоне х сохраняют кристаллическую структуру вюрцита, ориентированную вдоль направления (001), и обладают низкой шероховатостью поверхностей (1 - 7 нм). Определено, что особенности зависимостей концентрации и подвижности электронов от содержания кобальта в тонких плёнках Zn₁₋ₓCoₓOy (х = 0 - 0,42) обусловлены глубиной залегания примесных уровней в запрещённой зоне ZnO и плотностью вакансий кислорода. Установлено, что высокотемпературный ферромагнетизм в тонких плёнках Zn₁₋ₓCoₓOy (х = 0,13 - 0,42), Zn₁₋ₓMnₓOy (х = 0 - 0,08), Zn₁₋ₓLiₓOy (х = 0,02 - 0,06) имеет различную природу и усиливается с ростом количества кластеров металлического кобальта, Mn - VO - Mn поляронов и дефектов внедрения Lii соответственно. Обнаружен и объяснён низкотемпературный эффект отрицательного колоссального магнитосопротивления в тонких плёнках Zn₁₋ₓMnₓOy (х = 0,02 - 0,08), который усиливается при увеличении атомной концентрации марганца и снижении температуры. Разработана методика получения стабильной во времени дырочной проводимости в тонких плёнках Zn₁₋ₓLiₓOy (х = 0 - 0,06), заключающаяся сначала в их кратковременном послеростовом отжиге в потоке аргона, затем в потоке кислорода с промежуточной закалкой в деионизированной воде. Обнаружено, что в процессе лазерной абляции эксимерным KrF-лазером на поверхности керамических мишеней ZnO -Co₃O₄ наблюдается радиальное распределение элементов и формирование нитевидных структур, ориентированных к центру мишеней. Результаты исследования представляют интерес для создания элементной базы и устройств полупроводниковой спинтроники.