ФЕРРОМАГНЕТИЗМ КРЕМНИЯ С ВОДОРОДОПОДОБНЫМИ ПРИМЕСЯМИ В ОБЛАСТИ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА ИЗОЛЯТОР-МЕТАЛЛ Текст научной статьи по специальности «Физика»

ФЕРРОМАГНЕТИЗМ КРЕМНИЯ С ВОДОРОДОПОДОБНЫМИ ПРИМЕСЯМИ В ОБЛАСТИ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА ИЗОЛЯТОР-МЕТАЛЛ

Забродский А.Г.1, Вейнгер А.И.2, Семенихин П.В.3, Абросимов Н.В.4

1ФТИим. А.Ф.Иоффе, Санкт Петербург, Россия, andrei.zabrodskii@,mail.ioffe.ru 2Zikhron Yaakov, Israel, anatoly.veinger@mail.ioffe.ru 3ФТИим. А.Ф.Иоффе, Санкт Петербург, Россия, petr3295@gmail.com 4Leibniz-Institutfür Kristallzüchtung, Berlin, Germany, nikolay.abrosimov@ikz-berlin.de

Обнаружены и исследованы низкотемпературные ферромагнитные (ФМ) свойства немагнитного полупроводника - Si:P в области фазового перехода изолятор

- металл (ИМ) [1,2].

Использовались результаты измеренной СКВИДом полной намагниченности образцов, из которой вычитанием линейного по полю диамагнитного вклада определялась спиновая составляющая. Она характеризуется сильной нелинейностью с насыщением в полях порядка нескольких kOe и петлей гистерезиса. Способность к намагничиванию быстро падает при удалении от перехода ИМ в сторону изолятора, но сильно возрастает при близкой к половине компенсации Si:P акцепторными примесями, когда уровень Ферми располагается в близи середины донорной зоны. Таким образом, в умеренно компенсированном Si:P в области перехода ИМ при низких температурах триплетное состояние (ФМ фаза) для части обменно-связанных спинов (до 14% от плотности нескомпенсированных электронов) оказывается энергетически более выгодным чем синглетное (антиферромагнитная фаза),

Температурное поведение и природа ФМ свойств изучались на оптимальном по легированию и компенсации Si:P(B), полученном из дырочного Si:B бестигельной зонной плавкой с введением вдвое большей по сравнению с бором концентрации фосфора (~ 3 1018 см-3). Магнитополевые зависимости ФМ параметров и поведение чувствительной к локализации носителей заряда активационной электропроводности исследовались при фиксированных температурах в интервалах 2 - 20 и 2 - 67 К, соответственно. При Т > 8 К наблюдалось стандартное ослабление ферромагнетизма с температурой, что позволило оценить температуру Кюри, равную 37 К, однако, при Т < 8 К ФМ свойства проявлялись аномально сильно. Происхождение ферромагнетизма связывается с обменом в системе обладающих магнитным моментом состояний нейтральных доноров, которые образуются при «вымораживании» электронов из зоны проводимости на ионизованные доноры. Температурное проявление остаточной намагниченности, коэрцитивной силы, намагниченности насыщения и ширины кривой спиновой восприимчивости коррелирует со степенью пространственно-энергетической локализации носителей заряда - электронов и их вакансий. Так, ускорение электронно-спиновой миграции в донорной зоне с ростом температуры снижает (логарифмически слабо) эффективность спинового обмена и плотность ФМ фазы, а в основе аномального усиления ФМ свойств ниже 8 К лежит образование кулоновской щели на уровне Ферми и переход электронно-спиновой системы в состояние кулоновского спинового стекла.

Литература

[1] Вейнгер А.И., Забродский А.Г., Лахдеранта Э., Семенихин П.В.// Письма в ЖЭТФ

- 2022. Т. 115. - №11. - С. 730-735.

[2] Zabrodskii A.G., Veinger A.I., Semenihin P.V., Abrosimov N.V. // Journal of Magnetism and Magnetic Materials - 2024. (submitted)