Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ 442 http: zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2001/039.pdf

Зависимость выходного СВЧ-сигнала обеих структур от температуры представлена на рис.6. Видно, что его спад для структуры 2 наблюдается при 1 40 К, а для структуры 1 сигнал регистрируется вплоть до 200 К.

Напомним, что ранее в структуре EuO/InSb спад регистрируемого излучения наблюдался при Т = 160 К [19]. 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 вышесформулированной задачи о возможности повышения температуры регистрации микроволнового излучения в спиновых структурах требует проведения дальнейших исследований [22,23].

U , mV

s 100-

-п- - - -

1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1---1-1-1-1-г-1-1-

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

T, K

Рис.6. Температурная зависимость выходного СВЧ-сигнала структур Co2MnSn/InSb

1 и 2 в поле Н = 7 кЭ.

3. Задачи ближайших исследований

Как следует из вышеизложенного, 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 пока изученной оказывается 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

Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ 443 http: zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2001/039.pdf

ориентированный спин, а преодолевший его - изменить свою спиновую ориентацию в дальнейшем. Это может случиться в результате присутствия неконтролируемых дефектов, контактирующих на границе слоев, наличия адсорбированных в пограничном слое газов, отсутствие плоскопараллельности и сплошности контакта. Решение этой проблемы контактов заключается в совершенствовании технологических приемов их создания и в стабильности получаемых физических результатов.

Вторая по значимости задача - это получение и регистрация излучения из гетероструктуры. Ведь возникающая в ней в результате межэлектронного спинового перехода электромагнитная волна может поглотиться внутри самой структуры, перейдя, например, в тепло, или потерять свою энергию в результате отражений от граней кристалла полупроводника и на границе выхода из него (на границе поверхность-вакуум). Для ее решения необходимо совершенствование спектроскопических исследований в микроволновом диапазоне и использование техники импульсных измерений.

Третья задача обусловлена проблемой согласования самой гетероструктуры с волноводным трактом и в отличие от первых двух, чисто физических, она в большей мере является инженерно-технической.

С технологической точки зрения в создаваемой Ф/П-гетероструктуре наиболее важно иметь хороший электрический контакт между двумя средами, ее создающими: либо между двумя кристаллами, либо пленкой и кристаллом, либо в планарной (пленочной) структуре. В первом варианте это достигается путем механического соединения за счет спонтанной адгезии двух оптически гладких и плоских поверхностей монокристаллических пластин, расстояние между которыми не должно превышать 10 Е. В этом случае контакт между ними формируется за счет ван-дер-ваальсовских сил, сил статического электричества, установления химических связей [24]. Получаемое при этом соединение является прочным и вакуумно плотным. Однако для его создания необходимы совершенно плоские и химически чистые соприкасающиеся поверхности, шероховатость которых не превышает нескольких нанометров, что требует применения специальных технологий [25].

При создании гетероструктуры с применением мультислойной (пленочной) технологии часть вышеназванных технологических трудностей можно избежать, однако остается задача подготовки поверхности подложки (кристалла) для напыления Ф-слоя. При этом необходимо, чтобы магнитные характеристики Ф-пленки не особо отличались от магнитных параметров массивного образца и сохраняли способность к повышенной степени спиновой поляризации электронов за счет остаточной намагниченности, в том числе и при повышенных температурах. Использование напылительной техники в создании мультислоев ФП/П включает в себя отработку режимов напыления соответсвующих материалов ФП или Ф из исходных и предварительно синтезированных соединений.

Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ 4 4 4 http: zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2001/039.pdf

Решение вышеперечисленных задач опирается на уже имеющийся опыт создания и исследования ФП/П-гетероструктур, его дальнейшего совершенства и применения новых технологических подходов в их создании, использовании новых материалов, экспериментальных методик, вычислительной техники и компьютерного моделирования.

4. Заключение

Проблема спин-поляризованного транспорта в твердотельных структурах многогранна. И хотя физические механизмы его осуществления более или менее ясны, практическая реализация спиновой инжекции в реально существующих структурах сталкивается как с технологическими трудностями их создания, так и с ограниченным пока набором материалов, позволяющими осуществлять перенос спинов только при низких температурах. В настоящем сообщении мы преследовали цель обратить внимание на ту из возможностей этого явления, которое обусловливает освоение нового диапазона высокочастотных исследований твердого тела - миллиметрового и субмиллиметрового, открывающего дополнительные практические возможности. В частности, создание твердотельного лазера соответствующего диапазона, появление в этом диапазоне спектроскопии твердого тела. Хотя и направленность исследований спинового транспорта, связанная с наблюдением специфики проявления оптических характеристик гетероструктур или магниторезистивного эффекта в них, также представляет несомненный интерес. Работам в данном направлении посвящены проводимые в минувшем году симпозиумы (см. [22,23]).

Надо заметить, что стремление управлять свойствами классических МДП-гетеропереходов с помощью внещнего магнитного поля привело ранее к замене в них полупроводника на магнитный полупроводник или ферромагнитный металл [26]. Структуры МДМП (или МДФМ) в отличие от вышеназванных способны совмещать в себе одновременно ряд функций - селекции, усиления, задержки и т.д. За время, прошедшее с опубликования названной работы и сформулированном в ней направлении исследований -магнитоэлектроники - имело место заметное развитие и решение многих физико-химических и технологических задач в данной области [27]. В этом плане понятие спинтроника терминологически заменяет собой прежнее понятие и опирается на новые физические знания и успехи технологии. Главное, на наш взгляд, ее отличие от предшествующих работ состоит в том, что структуры спинтроники, имея в своем составе ферромагнитный полупроводник, позволяют управлять их свойствами не только наложением внешнего магнитного поля, но и транспортным током, протекающим через гетероструктуру, в силу осуществления электрон-магнонного взаимодействия между подвижными носителями спина и намагниченностью ФП. Поскольку с ростом температуры вклад решеточных колебаний в спиновый перенос может оказаться определяющим, то задача достижения комнатных температур спиновой инжекции даже в структурах,

Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ 4 4 5 http: zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2001/039.pdf

построенных из высокотемпературных ФП, может оказаться проблематичной. Мы надеемся, что ее решению могут способствовать исследования процессов магнитопоглощения в создаваемых структурах спинтроники. При этом необходимо, видимо, осуществить поиск такой пары ФП и П, которая характеризовалась бы близостью величин своих удельных электронных проводимостей, почти 100% спиновой поляризацией носителей в ФП и большой степенью зеемановского расщепления электронных уровней полупроводника (с величиной g-фактора более 50). Продолжающиеся в настоящее время попытки использования структур ФМ/П в спинтронных устройствах в силу вышеназванных ограничений и как показывают оценки [28], по-меньшей мере, малопродуктивны ввиду пренебрежимо малой вероятности осуществления заметного по величине спинового транспорта из ФМ в

Литература

1. Prinz G.A. Spin-polarized transport Physics Today, 1995. Vol.48..№4. P.353.

2. Flederling R., Kelm M., Reuseher G. al. Injection and detection of a spin-polarized current in a light-emitting diode Nature, 1999. Vol.402. P.787.

3. Ohno Y., Young K., Beschoten B. al. Electrical spin injection in a ferromagnetic semiconductor heterostructure Ibid. 1999. Vol.402. P.790.

4. Борухович А.С. Особенности квантового туннелирования в мультислоях и гетероструктурах, содержащих ферромагнитные полупроводники УФН, 1999. Т.169..№7. С.737.

5. Рязанов В.В. Джозефсоновский п -контакт сверхпроводник-ферромагнетик-сверхпроводник как элемент квантового бита УФН, 1 999. Т. 1 69. №8. С.920.

6. Esaki L., Stiles P.J., von Molnar S. Magnetointernal field emission in junction of magnetic insulators Phys. Rev. Lett., 1967. Vol.19. P.852.

7. Кесслер И. Поляризованные электроны. М.: Мир, 1988.

8. Свистунов В.М., Медведев Ю.В., Таренков В.Ю. и др. Спин-поляризованное туннелирование электронов в манганит лантана ЖЭТФ, 2000. Т.118, Вып.3(9).

С.629.

9. Агранович В.Л., Гламаздин А.В., Горбенко В. Г., и др. Источники поляризованных электронов. М.: ЦНИИатоминформ, 1984.

10. Kisker E., Baum G., Mahaun A. N., et al. Electron field emission from ferromagnetic europium sulfide on tungsten Phys. Rev. B. 1978. Vol.18. P. 2256.

11. Auslender M. I., Irkhin V. Yu. The spin polarization of conduction electrons [n ferromagnetic semiconductors Solid State Comm. 1984. Vol.50. P. 1003.

1 2. А. с. № 1 267983 (СССР). Твердотельный источник поляризованных электронов

/Борухович А.С., Бамбуров В. Г., Ефимова Л. В. и др. 13. Бужор В.П. Электрические свойства контакта металл-CdCSe Тез. докл. конф. Тройные полупроводники и их применение . Кишинев: Штиинца, 1983.С.87.

Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ 4 4 6 http: zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2001/039.pdf

14. Осипов В.В., Михайлов В.И., Самохвалов А. А., и др. ВАХ контакта металл-ферромагнитный полупроводник HgCr2Se4 ФТТ. 1989. Т.31. С.37. 1 5. Бонч-Бруевич В А, Калашников С Г. Физика полупроводников. М.: Наука, 1 977.

16. Аронов А. Г., Пикус Г. Е. Спиновая инжекция в полупроводниках ФТТ. 1976. Т.10. С.1177.

17. Viglin N.A., Osipov V.V., Samokhvalov A.A. Microwave investigation of polarized charge carrier injection in the ferromagnetic semiconductor n-HgCr2Se4 -semiconductor n-InSb heterostructure Phys.Low-Dim.Struct. 1996. Vol.9/10. P.89.

18. Viglin N. A., Osipov V. V., Samokhvalov A.A., et. al. Generation in the millimeter band for the S-FS heterostructure Ibid. 1997. Vol. 1/2. P.89.

19. Osipov V.V., Viglin N.A., Samokhvalov A.A. Investigation of heterostructure FS-S in the millimeter and submillimeter microwave range Physics Letters A. 1 998. Vol.247. P. 353.

20. Viglin N.A., Osipov V.V., Samokhvalov A.A., Borukhovich A.S., al. Heterostructure Housler Alloy Co2MnSn -n -InSb : Emission in the Millimeter and Submillimeter Range Phys.Low-Dim.Struct., 2000, Vol. 1/2, P.29.

21. Ирхин В.Ю., Кацнельсон М.И. Полуметаллические ферромагнетики УФН, 1994. Т. 164. №7.С.705.

22. Борухович А. С. Физические основы и структуры спиновой одноэлектроники /Сб.тр. 17-й межд.школы-семинара Новые магнитные материалы микроэлектроники . М., МГУ, 2000. С.648.

23. Osipov V.V., Viglin N.A., Samokhvalov A.A, Borukhovich A.S., al. Spin injection in the FS/S structures as the base for the millimeter and submillimeter range. / Proc. of the 1 -st Intern. Symp. on the spintronics. FRG, 2000. P.1 8.

24. Gozele U., al. History Future of Semiconductor Waste Bounding /Solid State

Phenomena 1 996. Vol.47-48. P.33.

25. Haisma J., al. Diversity and Feasibility of Direct Bounding, a Survey as Dedicated

Optical Technology Applied Optics, 1 994. Vol.33. P.11 54.

26. Яковлев Ю.М., Меркулов А.И. Магнитные полупроводники для устройств функциональной электроники. /Обзоры по электронной технике. Сер.материалы.-М.: Электроника.-1 983. Вып.9.

27. Бамбуров В.Г., Борухович А.С., Самохвалов А.А. Введение в физико-химию ферромагнитных полупроводников. М.: Металлургия.-1 988. 206 с.

28. Schmidt G., Ferrand D., Molenkamp L.W., et. al. Fundamental obstacle for electrical spin injection from a ferromagnetic metal into a diffusive semiconductor Phys. Rev. B, 2000. V.62, №8, P.4790.