Ферромагнетизм в GaAs структурах, дельта-легированных Fe

Проект посвящен созданию новых функциональных материалов на основе разбавленных магнитных полупроводников А3В5: Fe, в которых одновременно наблюдаются полупроводниковые и ферромагнитные свойства с высокой температурой Кюри (выше температуры 77 K и вплоть до комнатной), оптимизация свойств таких полупроводниковых структур (кристаллическое совершенство, температура Кюри, сопротивление, степень спиновой поляризации носителей заряда) и получение новых знаний для определения природы ферромагнетизма в материалах А3В5: Fe. Одним из вариантов будущего электроники является переход к использованию спиновой степени свободы носителей заряда, в том числе для реализации концепции квантовых вычислений. Экспериментальные работы последних лет (ключевые результаты мирового уровня получены в том числе заявителями проекта) показали, что при сильном легировании атомами Fe ряда распространенных полупроводников А3В5 (GaSb, InSb, GaAs) в них возникают ферромагнитные свойства и преимущественная спиновая поляризация носителей заряда вплоть до 300 K и такие материалы могут рассматриваться как кандидаты для реализации приборов полупроводниковой спинтроники. При этом природа внутреннего ферромагнетизма в полупроводниковых материалах А3В5: Fe в настоящее время является предметом исследований (существует ряд предположений, в том числе, выдвинутых заявителями проекта) и является актуальной фундаментальной проблемой. Наиболее перспективными для практической реализации приборов полупроводниковой спинтроники видятся ферромагнитные структуры на основе GaAs, сильно легированного Fe, поскольку GaAs является наиболее используемым материалов в приборах на основе полупроводников А3В5. Введение магнитной примеси Fe в виде дельа-слоя потенциально позволяет получить область с высокой локальной концентрацией Fe, необходимой для возникновения обменного взаимодействия, при этом можно минимизировать нарушение кристаллического совершенства создаваемой структуры. Следовательно, дельта-легирование атомами Fe позволяет сформировать ферромагнитную GaAs структуру с потенциально высокой температурой Кюри и относительно высоким кристаллическим совершенством. Такая структура потенциально может является инжектором и детектором спин-поляризованных носителей заряда в приборах спинтроники на основе GaAs. В рамках настоящего проекта будут проведены следующие работы по формированию и исследованию ферромагнитных GaAs структур, дельта-легированных Fe: работы по формированию эпитаксиальных GaAs структур с одиночным дельта-слоем Fe; работы по формированию эпитаксиальных GaAs структур с несколькими дельта-слоями Fe (с различной степенью перекрытия распределения атомов Fe); работы по исследованию транспортных, магнитотранспортных и магнитооптических свойств таких структур; работы по выявлению связи ферромагнетизма в GaAs:Fe с концентрацией носителей заряда. Реализация проекта позволит получить новые экспериментальные данные о магнетизме в GaAs:Fe и в А3В5:Fe в целом, а также даст вклад в отработку технологии формирования магнитных полупроводниковых структур GaAs:Fe для применения в приборах полупроводниковой спинтроники.