Les semi-conducteurs ferromagnétiques (FMS) combinent les propriétés uniques des semi-conducteurs et du magnétisme, ce qui en fait des candidats idéaux pour développer des dispositifs spintroniques qui intègrent à la fois les fonctionnalités semi-conductrices et magnétiques. Cependant, l'un des principaux défis du FMSS a été d'obtenir des températures élevées de curie (tC) qui permettent leur opération stable à température ambiante.
Bien que des études précédentes aient obtenu un tC de 420 K, ce qui est supérieur à la température ambiante, il était insuffisant pour faire fonctionner efficacement les matériaux fonctionnels de spin, mettant en évidence la demande d'une augmentation de TC parmi les FMS. Ce défi a été présenté parmi les 125 questions non résolues sélectionnées par le Journal Science en 2005.
Des matériaux tels que (Ga, Mn) comme présentent un faible tClimitant leur utilisation pratique dans les appareils spinstronic. Tout en ajoutant de Fe à des semi-conducteurs de bande interdite étroits comme GASB semblait prometteur, incorporant des concentrations élevées de Fe tout en conservant la cristallinité s'est avérée difficile, restreignant le T objetableC.
Pour surmonter ces limitations, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Pham Nam Hai de l'Institut des sciences de Tokyo, au Japon, a développé un FMS SB de haute qualité (GA, FE) utilisant la méthode de croissance des étapes sur les substrats de GaAs vicinale (100) avec un grand angle élevé de 10 °.
Leurs résultats ont été publiés dans la revue Lettres de physique appliquée Le 24 avril 2025. L'utilisation de l'approche de croissance des débits de pas leur a permis d'incorporer une concentration élevée de Fe tout en conservant une excellente cristallinité, ce qui entraîne un TC de jusqu'à 530 K, le plus élevé rapporté jusqu'à présent pour les FMS.
L'équipe a utilisé des mesures de spectroscopie de dichroïsme circulaire magnétique pour confirmer le ferromagnétisme intrinsèque dans le (GA0,76Fe0,24) Couche SB basée sur la structure de la bande polarisée de spin de FMS. De plus, l'équipe a utilisé des parcelles Arrott, une technique standard pour extrapoler le TC à partir des données de magnétisation. Cette méthode a aidé à identifier les points de transition magnétiques, offrant une compréhension plus précise du comportement ferromagnétique du matériau à différentes températures.
« Dans les échantillons conventionnels (GA, FE) SB, le maintien de la cristallinité à des niveaux élevés de dopage FE était un problème persistant.C dans les FMS », explique le professeur Hai.
En outre, les chercheurs ont également étudié la stabilité à long terme de leur échantillon en mesurant les propriétés magnétiques d'une couche plus mince (GA, FE) SB (9,8 nm) stockée en plein air pendant 1,5 ans. Malgré une légère réduction de TC De 530 K à 470 K, le matériau a conservé des propriétés ferromagnétiques importantes, montrant son potentiel d'applications pratiques.
De plus, le matériau présentait un grand moment magnétique par atome Fe (4,5 μB/ atome), qui est proche de la valeur idéale pour les ions Fe³⁺ dans une structure cristalline de mélange de zinc (5 μB/atome). C'est le double de celui du métal α-Fe, mettant en évidence les propriétés magnétiques supérieures du matériau.
« Nos résultats démontrent la faisabilité de la fabrication de High-TC Les FMS qui sont compatibles avec les opérations à température ambiante, qui est une étape cruciale vers la réalisation des dispositifs spintroniques « , ajoute le professeur Hai.
Dans l'ensemble, l'étude met en évidence l'efficacité de la formation de films en utilisant la croissance des étapes sur les substrats vicinaux dans la production de FMS de haute qualité et haute performance avec des concentrations de Fe plus élevées. En surmontant le goulot d'étranglement de Low TCL'étude représente une étape significative vers la réalisation de dispositifs semi-conducteurs à spin fonctionnels qui peuvent fonctionner à température ambiante.
