Спонтанный фотомагнитоэлектрический эффект в эпитаксиальных слоях ферромагнитного GaMnAs
Аннотация
В настоящей работе приводятся результаты исследования спонтанного фотомагнитоэлектрическкого (ФМЭ) эффекта в эпитаксиальных слоях GaMnAs, находящихся в состоянии ферромагнитного упорядочения. Целью работы являлось изучение температурной зависимости спонтанного ФМЭ эффекта, определяемого вдоль кристаллических осей [110] и [110].
Объектом исследования служили слои GaMnAs с содержанием Mn 2.9 атомных процента, полученные методом низкотемпературной молекулярно лучевой эпитаксии на полуизолирующей подложке GaAs (001). Показано, что при температурах ниже температуры Кюри, при освещении исследованных эпитаксиальных слоев GaMnAs в них возникает поперечная разность потенциалов (фотоЭДС). Возникновение этой фотоЭДС связано с фотомагнитоэлектрическим эффектом, заключающимся в разделении фотогенерированных носителей заряда собственным магнитным полем полупроводниковой матрицы, находящейся в состоянии ферромагнитного упорядочения.
Впервые определена температурная зависимость собственного фотомагнитоэлектрического эффекта, измеренного вдоль кристаллографических осей [110] и [110] эпитаксиального слоя GaMnAs. Обнаружено, что величина фотоЭДС, измеренная вдоль кристаллической оси [110], демонстрирует максимум при температурах 35–40 К, в то время как величина фотоЭДС, определённая вдоль оси [110], монотонно увеличивается с понижением температуры. Немонотонный характер температурной зависимости фотомагнитоэлектрического эффекта, наблюдаемый вдоль оси [110], может быть обусловлен переориентацией оси легчайшего намагничивания исследуемого образца с понижением температуры.
Скачивания
Литература
Ohno H. Making nonmagnetic semiconductors ferromagnetic. Science. 1998;281(5379): 951–956. https://doi.org/10.1126/science.281.5379.951
Pross A., Bending S., Edmonds K., Campion R. P., Foxon C. T., Gallaher B. Magnetic domain imaging of ferromagnetic GaMnAs films. Journal of Applied Physics. 2004;95(11): 7399–7401. https://doi.org/10.1063/1.1669113
Ivanov V. A., Aminov T. G., Novotortsev V. M., Kalinnikov V. T. Spintronics and spintronics materials. Russian Chemical Bulletin, International Edition. 2004;53(11): 2357–2405. https://doi.org/10.1007/s11172-005-0135-5
Men’shov V. K., Tugushev V. V., Caprara S., Chulkov E. V. Proximity-induced spin ordering at the interface between a ferromagnetic metal and a magnetic semiconductor. Physical Review B. 2010;81(23): 235212. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.81.235212
Dimitriev G. S., Krainov I. V., Sapega V. F., Averkiev N. S., Debus J., Lähderanta E. Energy structure of an individual Mn acceptor in GaAs:Mn. Physics of the Solid State. 2018;60: 1568–1577. https://doi.org/10.1134/S106378341808005X
Onoda S., Sugimoto N., Nagaosa N. Quantum transport theory of anomalous electric, thermoelectric, and thermal Hall effects in ferromagnets. Physical Review B. 2008;77(16): 165103. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.77.165103
Nagaosa N., Sinova J., Onoda S., MacDonald A. H., Ong N. P. Anomalous Hall effect. Reviews of Modern Physics. 2010;82(2): 1539–1592. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.82.1539
Hirohata A. , Yamada K. , Nakatani Y. , Prejbeanu I.‑L., Dieny B., Pirro P., Hillebrands B. Review on spintronics: Principles and device applications. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2020;509: 166711. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2020.166711
Pu Y., Chiba D., Matsukura F., Ohno H., Shi J. Mott relation for Anomalous Hall and Nernst effects in Ga1−xMnxAs ferromagnetic semiconductors. Physical Review Letters. 2008;101(11): 117208. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.101.117208
Chiba D., Nishitani Y., Matsukura F., Ohno H. Properties of Ga1−xMnxAs with high Mn composition (x>0.1). Applied Physics Letters. 2007;90(12): 122503. https://doi.org/10.1063/1.2715095
Chiba D., Werpachowska A., Endo M., Nishitani Y., Matsukura F., Dietl T., Ohno H. Anomalous Hall Effect in Field-Effect Structures of (Ga,Mn)As. Physical Review Letters. 2010;104(10): 106601. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.104.106601
Bonch-Bruyevich V. L., Kalashnikov S. G. Physics of semiconductors*. Moscow: Nauka Publ.; 1990. 688 p. (in Russ.)
Brunner K., Gould C., Schmidt G., Molenkamp L. W. Structure, ferromagnetism and magnetotransport of epitaxial (Ga,Mn)As/GaAs structures. Physica Status Solidi (a). 2006;203(14): 3565–3573. https://doi.org/10.1002/pssa.200622382
Sadowski J., Domagała J. Z., … Ilver L. Structural properties of MBE grown GaMnAs layers. Thin Solid Films. 2000;367(1-2): 165–167. https://doi.org/10.1016/S0040-6090(00)00681-7
Yoon I. T., Kang T. W., Kim D. J. Analysis of magnetic field dependent mobility in ferromagnetic Ga1–xMnxAs layers. Solid State Communications. 2006;137(3): 171–176. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2005.10.004
Kojima E., Héroux J. B., … Kuwata-Gonokami M. Experimental investigation of polaron effects in Ga1–xMnxAs by time-resolved and continuous-wave midinfrared spectroscopy. Physical Review. B. 2007;76(19): 195323. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.76.195323
Wang K. Y., Edmonds K. W., Campion R. P., Zhao L. X., Foxon C. T., Gallagher B. L. Anisotropic magnetoresistance and magnetic anisotropy in highquality (Ga,Mn)As films. Physical Review. B. 2005;72(8): 085201. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.72.085201
Hamaya K., Taniyama T., Kitamoto Y., Moriya R., Munekata H., Magnetotransport study of temperature dependent magnetic anisotropy in a (Ga,Mn)As epilayer. Journal of Applied Physics. 2003; 94 (12): 7657–7661. https://doi.org/10.1063/1.1629134
Lee S., Lee S., Bac S.-K., Choi S., Liu X., Dobrowolska M., Furdyna J. K. Spin–orbit-induced effective magnetic field in GaMnAs ferromagnetic semiconductor. IEEE Transactions on Magnetics. 2019;55(2): 2400206. https://doi.org/10.1109/TMAG.2018.2862867
Copyright (c) 2024 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
