Prokázání možnosti růstu sloučenin typu I-Mn-V epitaxí z molekulárních svazků a jejich polovodičové pásové struktury

T. Jungwirth, V. Novák, X. Martí, M. Cukr, F. Máca, A. B. Shick, J. Mašek, P. Horodyská, P. Němec, V. Holý, J. Zemek, P. Kužel, I. Němec, B. L. Gallagher, R. P. Campion, C. T. Foxon, and J. Wunderlich

Našimi teoretickými výpočty ab initio jsme pro sloučeniny typu I-Mn-V předpověděli polovodičovou pásovou strukturu. Na případu LiMnAs jsme prokázali, že pro růst vysoce kvalitních materiálů s atomy zásaditých kovů skupiny I v krystalové struktuře lze využít epitaxe z molekulárních svazků. Výsledky optických měření epitaxních vrstev LiMnAs jsou v souladu s elektronovou strukturou zjištěnou teoreticky. Naše výpočty rovněž reprodukují dříve zjištěnou vysoké teploty, při níž dochází k antiferomagnetickému uspořádání magnetických momentů a na jejich základě lze předpovědět významné magnetické anizotropní efekty vyvolané spinově-orbitální vazbou. Navrhujeme strategii pro využití antiferomagnetických polovodičů ve vysokoteplotní polovodičové spintronice. [1].

Obr  1. Dvě větve krystalových mřížek nejblíže příbuzných křemíku, vznikajících "přemísťováním" protonu. Levou větev obdržíme, představíme-li si přemístění jednoho nebo dvou protonů z prvního atomu primitivní cely do druhého atomu. U pravé větve předpokládáme, že se jeden proton přemístí do prázdného intersticiálního prostoru mřížky. Díky své isovalentnosti mangan přirozeně rozšiřuje množinu prvků ze sloupce II periodické tabulky obsahujícího zinek.

Fig  2. Difrakční (RHEED) obraz tenké vrstvy LiMnAs vytvořené epitaxí z molekulárních svazků po šedesáti minutách růstu. Čáry vypovídají o dvojrozměrném charakteru růstu a očekávané čtvercové in-plane symetrii krystalu.

Fig  3. Fabry-Pérotovy oscilace světla odraženého tenkou vrstvou LiMnAs na indium-arsenidové podložce v průběhu jejího růstu, rozložené podle vlnové délky světla, v závislosti na době růstu. Oscilační chování je pro polovodičovu tenku vrstvu typické.

[1] T. Jungwirth, V. Novák, X. Martí, M. Cukr, F. Máca, A. B. Shick, J. Mašek, P. Horodyská, P. Němec, V. Holý, J. Zemek, P. Kužel, I. Němec, B. L. Gallagher, R. P. Campion, C. T. Foxon, and J. Wunderlich: Demonstration of molecular beam epitaxy and a semiconducting band structure for I-Mn-V compounds, Phys. Rev. B 83, 035321 (2011), doi: 10.1103/PhysRevB.83.035321.