Синтез и структурно-стимулированные особенности эпитаксиальных гибридных магнитных наносистем

Диссертационная работа объединяет ряд исследований по нескольким направлениям в области спинтроники: металлической, полупроводниковой и диэлектрической. Основной объединяющей идеей работы является синтез и изучение свойств новых комбинаций материалов, обладающих полупроводниковыми и топологическими свойствами. В частности, в диссертации решена задача, связанная с демонстрацией возможности модификации поверхностного слоя материалов с сильным спин-орбитальным взаимодействием, позволяющей управлять топологическими свойствами материалов этого класса. В части полупроводниковой спинтроники в работе проведены ис-следования гибридных систем ферромагнитный металл (ФМ) – топологический изолятор (ТИ). Выявлено раскрытие энергетической щели в области точки Дирака за счет создания разбавленного поверхностного ферромагнитного слоя при осаждении ферромагнитного металла на поверхность топологического изолятора с сопутствующим его структурным перестроением. Получены и изучены структурно упорядоченные ферро-магнитные пленки на поверхности ТИ, а также высококачественные планарные эпитаксиальные слои Pb1-xSnxTe на Si(111). При создании гомоэпитаксиальной наноструктуры на основе слоев Pb1-xSnxTe с разной степенью проводимости выявлено поверхностное состояние дираковского типа. Обнаружен эффект ГМС в системе ФМ-ТИ на базе кобальт-содержащих ферромагнитных контактов и кристаллического топологического изолятора Pb1-xSnxTe. Выявлен структурный фазовый переход при отжиге в вакууме в поверхностном слое полупроводникового монокристалла BiTeI(0001) с рашбовским расщеплением, приводящий к возникновению топологических ПС. Получены монокристаллические эпитаксиальные пленки в системе 3d-металл – диэлектрик на основе CoFeB, MgO и оксидов железа, пригодной для создания МТП или магнитных систем с эффектом близости, выявлена магнитная анизотропия 4-го порядка. Предложена модель, описывающая структурное перестроение интерфейса в данных системах за счет восстановления железа при осаждении ферромагнитного металла на оксид железа. Получены тонкие эпитаксиальные пленки обратной шпинели NiFe2O4 на простых и коммерчески доступных подложках SrTiO3(001), имеющие ширину линии ФМР и намагниченность насыщения, сравнимую с таковой в объемных кристаллах NiFe2O4. Установлена критическая важность влияния термического отжига на ширину линии ФМР, выявлено распространение спиновых волн с невысоким затуханием. Также впервые получены эпитаксиальные мультиферромагнитные наноструктуры на основе сочетания шпинелей NiFe2O4/CoFe2O4, а также системы NiFe2O4 – CoFeB - MgO. Выращены тонкие качественные поликристаллические пленки феррита-граната Y3Fe5O12 без примеси паразитных структурных фаз на полупроводниковой подложке GaN и изучены их структурные и магнитные свойства. Показана возможность использования ионов Cr3+ в качестве “зондовых” люминесцентных центров в тонких пленках MgAl2O4/SrTiO3(001), полученных методом ЛМЛЭ. Выявлено наличие эффективной эпитаксиальной стабилизации метастабильных структурных фаз фторидов марганца и цинка, а также металлического кобальта при выращивании на кремнии с использованием буферного слоя CaF2. Исследованы структурные, магнитные и люминесцентные свойства тонких пленок метастабильной фазы α-PbO2.