Разжиженные магнитные полупроводники – это полупроводники, в которых некоторые из катионов (изначально не имеющих магнитного заряда) условно заменены на ионы, обладающие парамагнетизмом. Часто эти материалы преподносятся как идеальный «строительный материал» для электронных устройств, принцип действия которых основан на спине (или спинтроники). В первую очередь, подобные материалы интересны за счет взаимодействия между этими магнитными примесями и подвижными носителями заряда (электронами зоны проводимости и «дырками»), что открывает новые возможности перед устройствами, созданными на базе этих материалов.
В последнее время огромное внимание привлек оксид цинка, как основной кандидат на «строительный материал» спинтроники при высоких температурах. До сих пор, однако, никто не занимался детальными исследованиями взаимодействия подвижных зарядов с магнитными примесями в этом материале, т.е. не существовало подробных данных о том, насколько полезен может быть данный материал.
Для углубления знаний в этой области совместная группа ученых из University of Washington (США) и University of Konstanz (Германия) использовала Фарадеевскую спектроскопию с разрешением во времени для измерения сверхбыстрой динамики спина в тонких пленках оксида цинка с примесью кобальта. Подробные результаты работы были опубликованы в журнале Nano Letters.
При помощи специальной методики получения тонких пленок из раствора, ученые имели возможность контролировать концентрацию магнитной примеси в материале даже при крайне низком уровне. Таким образом, исследования производились для 10 различных образцов с четко вымеренной концентрацией магнитной примеси. Сила взаимодействия свободных носителей заряда и магнитной примеси измерялась при помощи исследований переходов между различными состояниями намагниченности образца.
Представленное научной группой исследование является первым в своем роде.
Помимо фундаментального понимания сверхбыстрой спиновой динамики тонкой пленки оксида цинка с примесью кобальта, работа демонстрирует потенциал подобных структур для будущих оптико-электронных и спинтронных приложений. Исследование представляет интерес не только для физики, но также для химии и материаловедения.
В будущем команда надеется расширить свои исследования. Ученые планируют изучить взаимодействия свободных носителей тока в оксиде цинка с другими примесями. Также планируется изучать подобные процессы в других сложных материалах.
