Вестник ТГПУ им Л.Н. Толстого №2 2005

№ 2, 2005 ВЕСТНИК ТГПУ им. Л. Н. Толстого НГЩЧЯ.?, ЬЖ . . •' > ' • j H ; Ю. Ф. Головнев, А. В. Парамонов МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕТЕРОПЕРЕХОДА И СВЕРХРЕШЕТКИ НА ОСНОВЕ ХАЛЬКОГЕНИДА САМАРИЯ И ЕВРОПИЯ В работе проведен расчет энергетической диаграммы гетероперехода EuS- SmS и дан анализ энергетической структуры сверхрешетки на их основе. Установ­ лено, что на границе слоев EuS и SmS самарий переходит в магнитно-активную фа­ зу 4 f >4/+е , и слой сульфида самария становится инжектором спин- поляризованных электронов. Реализация спинового транспорта из магнитно-активного материала в парамагне­ тик является одним из перспективных направлений исследований в физике твердого тела и физике полупроводников. Возможность переноса пространственно-ориентированного спина позволит получить предельную плотность магнитной записи информации, где ячейкой памяти будет служить спин электрона [1]. А сверхрешетка на основе этих мате­ риалов открывают новые возможности для создания высокочастотных устройств субмил- лиметрового диапозона. Современное развитие микро- и наноэлектроники связано с поиском новых мате­ риалов с заранее заданными свойствами. Причем основными объектами исследования становятся не массивные кристаллы, а многослойные тонкопленочные системы. В связи с этим особый интерес вызывают соединения, сочетающие в себе одновременно полупро­ водниковые и магнитные свойства. Из их немногочисленного ряда следует выделить халькогениды европия и самария. Во-первых, EuS является ферромагнитным полупро­ водником, что обусловлено косвенным обменным взаимодействием между электронами незаполненных 41-оболочек ионов Ей2* и электронами проводимости, Этр приводит к спиновой поляризации последних по механизму s-d (d-f)-ooMCHa. Заметим, что в отличие от ферромагнитных металлов, в которых поляризация электронов проводимости по спину не превышает 10 %, в EuS она достигает почти 100 % [2]. Более того, в халькогениде ев­ ропия наблюдается самый высокий магнитный момент, приходящийся на один ион Еи2+, что принципиально отличает EuS от классических полупроводников Это связано со сле­ дующим обстоятельством: в EuS редкоземельные ионы имеют незаполненные внутрен­ ние 4Еоболочки, которые располагаются глубоко в атомах Ей и экранируются от внеш­ них возбуждений 5s‘5p6-3.iieKTpoHaMH. Такое расположение - причина сильного магнетизма, который обусловлен спиновым и орбитальным моментами. Во-вторых, интерес к моносульфиду европия возрастает и в связи с возможностью управления его электрическими и оптическими свойствами, изменяя температуру или величину внешнего магнитного поля. Еще одним отличительным свойством EuS является достаточно характерная для ферромагнитных полупроводников зависимость сдвига края оптического поглощения от степени магнитного порядка в нем. Эксперименты показывают, что с понижением темпе­ ратуры величина «красного» смещения в халькогениде европия достигает 0,16 эВ, а во внешнем магнитном поле увеличивается еще на 10 % [8]. Таким образом, возможно регу­ лировать собственную и примесную проводимость при максимальной спиновой поляри­ зации. Приведенные данные являются определяющими для использования EuS в сверх­ решетках для спинтроники.