一種具有“1111”型結(jié)構(gòu)的新型稀磁半導(dǎo)體(La1–xSrx)(Zn1–xMnx)SbO*

張浩杰 張茹菲 傅立承 顧軼倫 智國(guó)翔董金甌 趙雪芹 寧凡龍2)?

1) (浙江大學(xué)物理學(xué)系, 浙江省量子技術(shù)與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 杭州 310027)

2) (南京大學(xué)人工微結(jié)構(gòu)科學(xué)與技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心, 南京 210093)

利用高溫固相反應(yīng)法, 成功合成了一種新型塊狀稀磁半導(dǎo)體(La1–xSrx)(Zn1–xMnx)SbO(x = 0.025, 0.05,0.075, 0.1).通過(guò)(La3+, Sr2+)、(Zn2+, Mn2+)替換, 在半導(dǎo)體材料LaZnSbO中分別引入了載流子與局域磁矩.在各摻雜濃度的樣品中均可觀察到鐵磁有序相轉(zhuǎn)變, 當(dāng)摻雜濃度x = 0.1時(shí), 其居里溫度Tc達(dá)到了27.1 K,2 K下測(cè)量獲得的等溫磁化曲線表明其矯頑力為5000 Oe.(La1–xSrx)(Zn1–xMnx)SbO與“1111”型鐵基超導(dǎo)體母體LaFeAsO、“1111”型反鐵磁體LaMnAsO具有相同的晶體結(jié)構(gòu), 且晶格參數(shù)差異很小, 為制備多功能異質(zhì)結(jié)器件提供了可能的材料選擇.

1 引 言

稀磁半導(dǎo)體(diluted magnetic semiconductors DMS)兼具半導(dǎo)體和鐵磁體的特性, 在自旋電子器件領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[1,2].在過(guò)去的20年中, III-V族半導(dǎo)體(Ga, Mn)As中鐵磁有序的出現(xiàn)引起了人們極大的興趣[3,4].目前, 當(dāng)Mn的摻雜量為12%時(shí), (Ga, Mn)As具有最高的居里溫度, 為200 K[5,6].對(duì)于(Ga, Mn)As稀磁半導(dǎo)體, 通過(guò)(Ga3+, Mn2+)替換將Mn原子摻入GaAs中,同時(shí)也引入了載流子和局域磁矩, 因此很難獨(dú)立研究二者在鐵磁機(jī)制中的單獨(dú)作用.同時(shí), 一些Mn原子還會(huì)進(jìn)入間隙位置, 使得研究更加困難.另一方面, 盡管(Ga, Mn)As鐵磁有序的起源尚有爭(zhēng)議, 但普遍認(rèn)為是載流子與磁性離子之間的相互作用導(dǎo)致鐵磁有序的產(chǎn)生[2].

近年來(lái), 一系列與鐵基超導(dǎo)體具有相似結(jié)構(gòu)的新型塊材稀磁半導(dǎo)體相繼出現(xiàn)[19], 如“111”型Li(Zn, Mn)As[20,21], “1111”型 (La, Ca)(Zn, Mn)SbO[10]、SrF(Zn, Cu, Mn)Sb[15], “122”型 (Ba, K)(Zn,Mn)2As2[22]、(Ca, Na)(Zn, Mn)2Sb2[23].其中, (Ba,K)(Zn, Mn)2As2稀磁半導(dǎo)體的居里溫度最高, 已經(jīng)達(dá)到了230 K[24].在表1中, 我們列出 “1111”型稀磁半導(dǎo)……