Контроль ферромагнетизма в оксидныхполупроводниках, легированных 3d-элементами, путемэлектромиграции или инжекции кислородныхвакансий

Объект исследования - монокристаллические пластинки диоксида титана (TiO₂) и оксида цинка (ZnO), легированные ионами 3d-элементов методом ионной имплантации. Цель исследования - изучить влияние кислородных вакансий на проявление ферромагнетизма в диоксиде титана (TiO₂) и оксиде цинка (ZnO), легированных 3d-элементами, разработать методы контроля величины магнитного отклика в магниторазбавленных оксидных полупроводниках путем электромиграции или инжекции кислородных вакансий. В 2017 г. методом ионной имплантации в сочетании с последующим термическим отжигом получены образцы как нестехиометрического по содержанию кислорода, чистого (беспримесного) диоксида титана (TiO₂-δ), так и магнитные образцы TiO₂, легированные примесью кобальта (или меди). В образцах нестехиометрического TiO₂-δ дополнительно созданы области с повышенным (или пониженным) содержанием кислородныхвакансий путем их электромиграции под действием электрического поля. Образцы исследованы методом электронного парамагнитногорезонанса (ЭПР) в радиочастотном X-диапазоне при низких температурах (менее 50 К). В образцах нестехиометрического TiO₂-δ установлено сильное влияние концентрации кислородных вакансий на интенсивность и число линий ЭПР, соответствующих парамагнитным ионам Ti³⁺ и кислородным вакансиям с одним (или двумя) захваченными электронами. На основании ЭПР данных проведены оценки значения времени жизни электрона, захваченного на кислородной вакансии, а также энергии активации перехода электрона из локализованного в возбужденное состояние (в зону проводимости). Для магниторазбавленных образцов TiO₂, содержащихимплантированную примесь кобальта (или меди), установлено, что примесь в форме парамагнитных ионов Co²⁺ или Cu²⁺ замещает катионы титана в структурных узлах решетки рутила (TiO₂). На основе анализа ориентационных зависимостей положения линий ЭПР в сочетании с моделированием экспериментальных спектров определены значения анизотропного g-фактора и тензора сверхтонкой структуры (А). Показано, что небольшое отклонение (~2°) оси симметрии тензоров g и А (в случае Co²⁺ ионов) от [110] кристаллографического направления обусловлено наличием близлежащей кислородной вакансии, являющейся компенсатором заряда влегированных образцах TiO₂.