Физико-технологические основы и исследование электрических, магнитных и оптических свойств низкоразмерных гетероструктур с целью построения перспективной элементной базы микро- и наноэлектроники на новых физических принципах

Объектами исследования являются магнитные нанопроволоки спиновые половинные металлы, ферромагнитные и антиферромагнитные слои и сверхрешетки, планарные электрохимические преобразователи и люминофоры. Цели работы. Исследовать спектры пропускания и отражения массивов ферромагнитных металлических нанопроволок для использования их впоседствии в качестве детекторов ТГц излучения. Вырастить на R- и A- плоскостях сапфира пленки Co2FeSi. Измерить их магнетосопротивление и выяснить наличие магнитной анизотропии. Установить, имеет ли место инверсная зависимость магнетосопротивления, свидетельствующая о реализации состояния половинного металла. Исследовать процессы окисления эпитаксиальных пленок Мо, выращенных на R- плоскости сапфира. Cравнить экспериментальные результаты по измерению морфологии пленок Mo, полученные методами атомно-силовой и сканирующей туннельной микроскопии с моделью эволюции рельефа поверхности пленок Кардара-Паризи-Жанга. Исследовать вольт-амперные характеристики резонансно-туннельного диода на основе GaAs/AlGaAs гетероструктуры в магнитных полях, направленных параллельно и перпендикулярно плоскостям слоев с целью обнаружения фононных реплик. Разработать методики компенсации температурного ухода характеристик электрохимических преобразователей, а также метод коррекции ошибки электрохимического гироскопа. Показать возможность резонансного обращения волнового фронта света в эпитаксиальных пленках ZnO при комнатной температуре Исследовать зависимости интенсивности сигнала индуцированного обращения волнового фронта света в видимой и инфракрасной областях спектра от энергии падающего фотона и интенсивности лазерной накачки. Методами являются электрические измерения в сочетании атомно-силовой, сканирующей туннельной, оптической и электронной микроскопией, ИК- и ТГц спектроскопией а также расчеты с помощью программ для ЭВМ и получение аналитических формул. Результаты. Исследованы спектры пропускания и отражения двухкомпонентных гетероструктур в форме нанопроволок из ферромагнитных металлов в полимерной мембране в диапазоне частот 16 250 ТГц. Особенности наблюдаемых спектров объяснены двумя механизмами: 1) - взаимодействием ТГц излучения с электронами проводимости с использованием обратного лазерного эффекта в магнитных наноконтактах и 2) изменением электрического сопротивления за счет спин-флип-переходов между спиновыми подзонами в случае некопланарного распределения намагниченность слоев. Рассчитаны спектры поглощения мембраны с нанопроволоками и мембраны без нанопроволок. Обнаруженная зависимость спектров пропускания от комбинации металлов в нанопроволоке дает основание создать детектор терагерцового излучения на основе массива гетерогенных нанопроволок с ферромагнитными переходами. Методом импульсного лазерного испарения на R- и A- плоскостях сапфира с подслоем в 10 нм из Mo и без подслоя выращены пленки Co2FeSi. Пленки, выращенные на A- плоскости сапфира с подслоем Mo обладают одноосной магнитной анизотропией. Для большинства пленок обнаружена инверсная зависимость поперечного и продольного магнетосопротивления, свидетельствующая о реализации состояния половинного металла. Исследования морфологии поверхности методами СТМ и АСМ сверхтонких эпитаксиальных пленок Mo на R-плоскости сапфира показали, что метод СТМ дает более высокие значения среднеквадратичной шероховатости по сравнению с АСМ. Показано, что для адекватного соответствия экспериментальным результатам по увеличению шероховатости пленок Mo в модели эволюции рельефа поверхности пленок Кардара-Паризи-Жанга необходимо учесть флуктуационный член, минимальная величина которого оценена как 1/20 от максимального значения высоты рельефа подложки, что составляет около 0.1 нм. Найдено, что в расчетных зависимостях среднеквадратичной шероховатости от толщины при больших толщинах имеется область резкого роста, которая ранее не была известна. В резонансно-туннельном диоде в магнитных полях, направленных параллельно и перпендикулярно плоскостям слоев GaAs/AlGaAs гетероструктуры обнаружены и исследованы фононные реплики на вольт-амперных характеристиках. Во вторых производных тока обнаружена тонкая структура реплик. В перпендикулярном магнитном поле обнаружен переход поляронных состояний в магнитополяронные, который проявляется в изменении структуры реплик. Предложены новые методы температурной компенсации электрохимического преобразователя (ЭХП) с помощью электронного каскада на операционном усилителе с цепью обратной связи, которые позволяют свести температурные характеристики практически в одну линию в диапазоне температур от -5 до +45 oC. Способ компенсации остаточных температурно-частотных зависимостей на основе механической магнитно-силовой обратной связи позволяет еще больше стабилизировать эти характеристии. Магнитогидродинамическая обратная связь также позволяет стабилизировать температурные характеристики ЭХП за счет внешнего полевого воздействия на движение жидкости в канале. Разработано устройство, выдающее отклик на механический сигнал на удвоенной частоте относительно исходного сигнала и метод коррекции ошибок, основанный на сравнении спектра сигнала с ЭХП и удвоенного спектра дополнительного генератора. Теоретически и экспериментально показана возможность резонансного обращения волнового фронта света (ОВФ) в возбужденной полупроводниковой среде. На эпитаксиальных пленках ZnO при комнатной температуре и накачке азотным лазером обнаружено индуцированное ОВФ света в инфракрасной области спектра для энергии фотонов, равной половине энергии излучательной рекомбинации поляритонов. Исследованы зависимости интенсивности сигнала ОВФ от энергии падающего фотона и интенсивности лазерной накачки. Предлагается объяснение эффекта: квадратичное и линейное взаимодействие световых и поляритонных колебаний в полупроводниковой среде.