室温铁磁半导体 Fe-doped β-Ga₂O₃薄膜具有高和磁化和低强制性

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 凝聚物质物理学 凝聚物质物理学
• 半导体螺旋电子学 半导体螺旋电子学

背景情况:

• β-氧化物 (β-Ga2O3) 具有广泛的带宽和高的电分解强度,使其适合强大的自旋电子设备.
• 旋转电子中的β-Ga2O3的一个关键限制是其低和磁化,阻碍了实际的设备制造.
• 稀释磁性半导体 (DMS) 提供了一条引入磁性到半导体材料的途径.

研究的目的:

• 为了合成大规模的铁 (Fe) 合β-Ga2O3 DMS薄膜.
• 为了研究铁剂对β-Ga2O3.3的结构和磁性特性的影响.
• 为了解决低和磁化挑战在β-Ga2O3中用于自旋电子应用.

主要方法:

• 用聚合物辅助沉积方法合成化β-Ga2O3 DMS膜.
• 合成薄膜的结构和磁性性能的表征.
• 使用绑定磁极子 (BMP) 模型进行分析,以了解磁性合.

主要成果:

• 在最佳的Fe-dopedβ-Ga2O3样本中,在300K时达到70emu cm−3的高和磁化.
• 在300K时观察到12OE的低强制性,表明稳定的铁磁行为.
• 证明了高和磁化源于BMP之间强烈的铁磁合,由Ga空缺增强.

结论:

• 与之前报告的氧化DMS薄膜相比,化β-Ga2O3薄膜具有显著增强的和磁化.
• 观察到的磁性属性与绑定磁极子 (BMP) 模型一致,其中Ga空位起着至关重要的作用.
• 这些化β-Ga2O3薄膜为开发先进的半导体自旋电子设备提供了一个有前途的平台.