WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

понижением T от 300 до 200 K (рис. 1, d, e) диодные (т. е. Названные эффекты впервые реализованы в микроконвыпрямляющие) свойства контакта ослабевают, то при тактных гетероструктурах ФП/П: n-HgCr2Se4/n-InSb (I), T < 120 K и U > Ucr (рис. 1, c, f) они вновь усиливаются. n-EuO/n-InSb (II) и p-HgCr2Se4/n-InSb (III) [16,17]. Так, Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. Спин-поляризованный транспорт и субмиллиметровая спектроскопия твердого тела никает электромагнитное излучение на частоте ЭПР, то теоретический предел выходной мощности такой излучающей гетероструктуры составляет N = µBgHJ/e hJ/e, где J — ток, проходящий через гетероструктуру, e — заряд электрона. Ее оценки дают следующие значения: для 8 mm диапазона N = 156 µW/A для 0.1 mm 12 mW/A [18]. Хотя экспериментально зафиксированные в настоящее время выходные мощности в структуре III для этих диапазонов оказались на 1–2 порядка меньше, имеются чисто технические возможности для ее увеличения вплоть до теоретического предела. Ведь в импульсе гетероструктура способна пропускать ток до Рис. 2. Зонная структура перехода ФМ(ФП)/П (FS/S):

10 A и более.

1 — процесс безызлучательного переноса спина носителя тока из ФМ(ФП) на донорский уровень в П при увеличении плотноПриведенное соотношение для выходной мощности сти заселенности последнего в отсутствие H-поля, 2 — переизлучения ФП/П-гетероструктуры указывает на его проход носителя тока на свободный акцепторный уровень П на порциональность частоте и величине внешнего H-поля, частоте ЭПР и генерация излучения из П. Ef — уровень Ферчто делает возможным использование подобных струкми ФМ(ФП), расщепленный спонтанной намагниченностью на тур в качестве генераторов миллиметрового и субподуровни со спиновой ориентацией () и ().

миллиметрового излучений, а также управление ими внешним магнитным полем. Последнее недостижимо в существующих полупроводниковых генераторах, так как их выходная мощность, наоборот, зависит от частоты как N -4. Этим экспериментально показано, что гетероструктуры и микроконтакты ФП/П могут служить основой создания нового поколения узкополосных устройств современной твердотельной спинтроники миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов, о чем свидетельствуют, в частности, измеряемые параметры излучаемого структурой III сигнала в поле Рис. 3. Поглощение на частоте ЭПР свободных носителей заряда в гетероструктуре n-HgCr2Se4/n-InSb для разных токов при частоте 26 GHz.

исследование микроволновых процессов при пропускании тока определенной полярности сквозь структуру I позволило наблюдать пропорциональное току поглощение в миллиметровом диапазоне на частоте ЭПР свободных носителей тока в n-InSb (рис. 3) [16]. При той же фиксированной полярности в гетероструктурах II и III обнаружено непрерывно перестраиваемое внешним магнитным полем излучение от почти сантиметрового (8mm) до субмиллиметрового (0.2 mm) диапазона на частоте, соответствующей величине приложенного магнитного поля (рис. 4) [17]. Если полагать, что при прохождении электрона из ФП на верхний зеемановский уровень П и его дальнейшем переходе на незанятый Рис. 4. Вид перестраиваемого магнитным полем сигнала нижний уровень с испусканием кванта энергии воз- излучения структуры III при T = 77 K для разных токов.

Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 902 А.С. Борухович, Н.А. Виглин, В.В. Осипов H 460 Oe, для которой ширина линии излучения при токе 2 A и T = 77 K оказалась равной H 20 Oe (при частоте проходного резонатора 33.4 GHz) [18].

Вместе с тем различающаяся энергетика туннелирующих из ФП в П спинов электронов, отражающаяся на степени заселенности верхнего и нижнего зеемановских уровней энергий электронов в последнем, может определять их ориентацию относительно внешнего магнитного поля и, следовательно, являться способом кодирования одного бита информации. Иными словами, подобные структуры могут быть использованы в устройствах квантовой одноэлектроники как спин-информационные системы. В немалой степени этому может способствовать выбор кристаллов n-InSb в качестве П Рис. 5. Микроволновое излучение структур Co2MnSn/InSb:

для создания такого рода спиновых структур. Во-первых, 1 и 2 — плюс напряжения на П, 3 и 4 —минус на П. I = 2A, аномально большая величина его g-фактора (-50) поз- T = 4K. (Составы структур — в тексте).

воляет достичь субмиллиметрового диапазона уже при величинах магнитного поля H 4 kOe. Во-вторых, ширина линии ЭПР на электронах проводимости в нем путем вакуумного напыления пленки предварительно весьма невелика — H 0.2Oe в 8mm диапазоне синтезированного сплава на одну из полированных (в поле H0 450 Oe) и H 2-3Oe для 0.8mm граней кристалла полупроводника, следующие.

диапазона (в поле H0 5.5kOe) при T = 4.2K.

1) При протекании тока из пленки ФМ в П сигнал на В-третьих, рекордная подвижность носителей заряда (до детекторе появлялся в полях порядка 3 kOe, возрастал 106 cm2/V·s) в сочетании с большой величиной времени с увеличением H-поля и стремился к насыщению при спин-решеточной релаксации позволяет поляризовать H = 7 kOe для структуры 2 и H = 14 kOe для носители тока в слое n-InSb толщиной до 0.1–1 cm. При структуры 1 (рис. 5). Сила тока через обе структуры этом отношение времени спин-решеточной релаксации поддерживалась постоянной, поскольку с увеличением (10-7-10-6 s) ко времени свободного пробега носителя поля электросопротивление InSb также увеличивалось.

(10-12 s) в нем достигает величин 105-106, что споИз этих данных следует, что регистрируемая детексобствует значительной временной локализации спинов тором длина волны излучения обеих структур менее носителей тока на соответствующих зеемановских элек2 mm и находится вне стандартного Q-диапазона, в тронных уровнях энергий. Последнее, как отмечалось, котором применима 8 mm измерительная аппаратура, является одним из основных физических требований находившаяся в нашем распоряжении (этот диапазон при реализации названных выше структур в качестве охватывает указанную область длин волн или частотный элементов спиновой информатики.

диапазон от 24 до 36 GHz). Тем не менее о наличии Представленное на рис. 4 перестраиваемое магнитным микроволнового излучения можно было также судить полем излучение гетероструктуры ФП/П мощностью по форме и характеру импульсного сигнала, выпрямнесколько десятков микроватт регистрировалось автоляемого СВЧ-детектором: импульс имел прямоугольную рами при температурах от 4 до 160 K. Можно было форму, повторяющую импульс тока, причем амплитуда полагать, что такой температурный интервал регистраимпульса могла быть полностью подавлена резистивным ции микроволнового излучения определяется магнитСВЧ-аттенюатором. Этим доказывается отсутствие элекными характеристиками ФП (EuO или HgCr2Se4), а тромагнитной наводки на детекторе.

диапазон магнитных полей — СВЧ свойствами полуПоскольку, как отмечалось, величина выходной мощпроводника InSb. Поэтому изменение материала спинности излучения возрастает пропорционально частоте ориентирующей среды в указанной структуре, например (или магнитному полю), а чувствительность детектора использование в качестве ФП материала с более выиз-за внутренней емкости при этом падает как -1, насокими температурами Кюри, должно приводить к поблюдаемое в эксперименте при H 10 kOe насыщение вышению температуры наблюдения излучения. С целью сигнала может объясняться двумя этими факторами.

изучения такой возможности в работе [19] исследовалась структура, содержащая в качестве ФП сплав Гейслера 2) Подтверждение того факта, что излучение последсостава Co2MnSn, для которого Tc = 826 K. Подобные них структур, скорее всего, также обусловлено переферромагнетики являются полуметаллами и степень носом спина носителей из Ф в П, служит зависимость спиновой ориентации носителей в них несколько ниже, отношения электросопротивления протекающему току в чем в названных выше ФП [20]. прямом (из Ф в П) и обратном(из П в Ф) направлениях Результаты исследования двух гетероструктур (рис. 6). Считая, что электроны в Ф-пленке в большей Co2MnSn/n-InSb, отличающихся концентрацией носите- мере поляризованы по спину, а в полупроводнике — лей в П (1 — n = 1015, 2 —7.3 · 1013 cm-3) и созданных нет, можно полагать, что при спиновом транспорте Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. Спин-поляризованный транспорт и субмиллиметровая спектроскопия твердого тела Напомним, что ранее в структуре EuO/InSb спад регистрируемого излучения наблюдался также при T = 160 K [18]. Близость этих результатов по температуре, возможно, связана с параметрами полупроводника InSb в гетероструктуре, а не с Ф-упорядоченным состоянием ферромагнетика в ней. По крайней мере на них могут влиять и пониженная степень поляризации электронов в пленке Co2MnSn по сравнению с EuO, а также и другие причины, требующие своего изучения. Из этого следует, что решение сформулированной выше задачи о возможности повышения температуры регистрации микроволнового излучения в спиновых структурах требует проведения дальнейших исследований [21,22].

Рис. 6. Зависимость отношения Ropp/Rdir от магнитного поля для структуры 1.

2. Проблемы и задачи новых исследований Как следует из изложенного выше, простая на первый взгляд идея инжекции спин-поляризованных носителей из одной среды в другую, где они могли бы накапливаться на возбужденном уровне при сохранении своего спина на самом деле распадается на несколько отдельных задач, требующих самостоятельных подходов для их решения. Наименее изученной оказывается пока проблема прохождения спина через границу раздела двух сред без потери его ориентации, соответствующей намагниченности инжектора. Сама по себе граница раздела оказывается энергетическим барьером, преодолеть который может не каждый ориентированный спин, а преодолевший его — изменить свою спиновую ориентацию в дальнейшем. Последнее может случиться в результате Рис. 7. Температурная зависимость выходного СВЧ-сигнала присутствия неконтролируемых спиновых дефектов в структур Co2MnSn/InSb 1 и 2 в поле H = 7kOe.

контактирующих на границе слоев, наличия адсорбированных в пограничном слое газов, отсутствия плоскопараллельности и сплошности контакта. Решение этой проблемы контактов заключается в совершенствовании при обратном смещении в Ф-пленку будут проходить технологических приемов их создания и в стабильности только те электроны, спины которых соответствуют получаемых физических результатов.

направлению поляризации спинов электронов пленки.

Вторая по значимости задача — получение и региНосители с противоположной ориентацией спинов будут страция излучения из гетероструктуры. Ведь возниканакапливаться на границе раздела, создавая запорный ющая в ней в результате межэлектронного спинового слой в П. Данный эффект должен зависеть от магнитноперехода электромагнитная волна может поглотиться го поля, так как разность энергий электронов с разной внутри самой структуры, перейдя, например, в тепло, ориентацией спинов возрастает с ростом H.

или потерять свою энергию в результате отражений от Из последнего рисунка следует, что с увеличением граней кристалла полупроводника и на границе выхода магнитного поля при прямом и обратном напряжениях из него (на границе поверхность–вакуум). Для ее решесмещения на структуре появляется разность ее электро- ния необходимо совершенствование спектроскопических сопротивлений. Причем при одном и том же смещении исследований в микроволновом диапазоне и использоваток из Ф в П всегда больше, чем ток из П в Ф. Этот ние техники импульсных измерений.

эффект „выпрямления“ тока в магнитном поле должен Третья задача обусловлена проблемой согласования быть обязан инжекции спин-поляризованных электронов самой гетероструктуры с волноводным трактом и в отв гетероструктуре. Зависимость выходного СВЧ-сигнала личие от первых двух, чисто физических, она в большей обеих структур от температуры иллюстрирует рис. 7. степени является инженерно-технической.

Видно, что его спад для структуры 2 наблюдается при С технологической точки зрения в создаваемой 140 K, а для структуры 1 сигнал регистрируется вплоть Ф/П-гетероструктуре наиболее важно иметь хороший до 200 K. электрический контакт между двумя средами, ее создаюФизика твердого тела, 2002, том 44, вып. 904 А.С. Борухович, Н.А. Виглин, В.В. Осипов щими: либо между двумя кристаллами, либо пленкой и несомненный интерес. Работам в данном направлении кристаллом, либо в планарной (пленочной) структуре. посвящены проводившиеся в минувшем году симпозиуВ первом варианте это достигается путем механиче- мы (см. [21,22]).

ского соединения за счет спонтанной адгезии двух Надо заметить, что стремление управлять свойствами оптически гладких и плоских поверхностей монокри„классических“ МДП-гетеропереходов с помощью внешсталлических пластин, расстояние между которыми не него магнитного поля привело ранее к замене в них подолжно превышать 10. В этом случае контакт между лупроводника на магнитный полупроводник или ферроними формируется за счет ван-дер-ваальсовских сил, сил магнитный металл [25]. Структура МДМП (или МДФМ) статического электричества, установления химических в отличие от названных выше способны совмещать в связей [23]. Получаемое при этом соединение является себе одновременно ряд функций — селекции, усиления, прочным и вакуумно плотным. Однако для его создания задержки и т. д. За время, прошедшее с опубликования необходимы совершенно плоские и химически чистые работы [25] и сформулированного в ней направления соприкасающиеся поверхности, шероховатость которых исследований — магнитоэлектроники, было достигнуто не превышает нескольких нанометров, что требует прирешение многих физико-химических и технологических менения специальных технологий [24].

Pages:     | 1 || 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.