Вестник ТГПУ им Л.Н. Толстого №2 2005

ПУБЛИКАЦИИ МОЛОДОГО УЧЕНОГО № 2, 2005 А. В. Парамонов, Ю. Ф. Головнев АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ ГЕТЕРОПЕРЕХОДА SmS-EuS МЕТОДОМ СИЛЬНОЙ СВЯЗИ В работе проведены расчеты электронной структуры гетероперехода SmS- EuS полуэмпирическим методом сильной связи. В конечном итоге перетекание электронов из слоя SmS в слой EuS переводит самарий в магнитно-активное со­ стояние f 6—>f5+e и понижает величину магнитного момента атомов европия Это приводит к зеемановскому расщеплению /-полосы сульфида самария и сниже­ ния его в EuS. На основе полуэмпирического метода сильной связи, основанного на теории рас­ сеяния, анализируется электронная структура гетеросистемы из ферромагнитного полу­ проводника EuS и парамагнитного полупроводника SmS. Они имеют одинаковые кри­ сталлические структуры - типа NaCl - и практически один и тот же параметр решеток 5,9бА. В соответствии с правилом общего аниона разрыв в валентной зоне очень мал, а достаточно глубокие квантовые ямы образуются за счет разрыва в зоне проводимости. Возникают также неглубокие закрытые квантовые ямы в слое EuS из 4 /7-полос, находя­ щиеся в запрещенной зоне полупроводника [1]. Интерес к исследованию сверхрешеток на основе этих материалов связан с воз­ можностью реализации в них спинового транспорта, что позволяет использовать их в но­ вой области микроэлектроники - спинтронике. Энергетические диаграммы гетеропере­ хода EuS-SmS, построенные на основе диффузионной модели Андерсона, достаточно проанализированы на основе представлений зонной теории в работе [1]. Однако послед­ няя не дает описания конкретного механизма перехода носителей тока из парамагнитного слоя SmS в ферромагнитный полупроводник EuS. Более того, зонная структура энергети­ ческих диаграмм гетеросистемы SmS-EuS фактически запрещает такие переходы. Они возможны только при переходе электронной системы в возбужденное состояние или при сильном легировании донорными примесями. С другой стороны, заметная разница в потенциалах ионизации и сродстве с элек­ троном у атомов Sm и Ей указывает на необходимость электронных переходов между этими атомами при непосредственном соседстве между ними или через атомы аниона. В частности, авторы работы [2] экспериментальные результаты, где исследовались твер­ дые растворы Eui.xSmxS, объясняли электронными переходами / '—*/ 5+ё. По-видимому, химическая природа возникновения пограничных состояний, их связь с атомной и электронной структурой гетероперехода SmS-EuS может быть теоретически про­ анализирована при использовании полуэмпирического метода сильной связи. Его примене­ ние не вызывает больших осложнений, так как объемные зоны Бриллюэна SmS и EuS совпа­ дают, а зона Бриллюэна границы раздела (111) будет соответствовать общей поверхностной зоне. Совпадение атомных валентностей на гетерогранице делает ее достаточно устойчивой, поэтому для расчета электронной структуры можно использовать идеальную конфигурацию образования насыщенных связей SmS на поверхности (111) EuS. Если вначале не учитывать взаимодействие между полубесконечными кристаллами SmS и EuS, то функция Грина G0для гетероперехода будет представляться в виде произ­ ведения функций G1и G2. Соответствующие им матрицы диагональны в представлении