Основные типы магнитных состояний вещества

широкозонных полупроводников
13
12
Шпинель – минерал состава MgAl
2
O
4
с кубической кристаллической решеткой.
13
J. M. D. Coey, Magnetism of dilute oxides, in: Handbook of Spin Transport and Magnetism, edited by E. Y. 
Tsymbal, Igor Žutić (CRC Press, Boca Raton, 2012) pp.405–425.

---

59 
Параметр
 
Материал 
Ширина 
запрещенной 
зоны, эВ 
Примесь, 
концентрация
Температура 
Кюри, К 
Магнитный 
момент, μ
B
 
TiO
2
 
3,2 
Co, 7 % 
> 650 
1,4 
 
V, 5 % 
> 400 
4,2
 
Fe, 2 % 
300 
2,4
SnO
2
 
3,5 
Fe, 5 % 
610 
1,8
 
Co, 5 % 
650 
7,5 
HfO
2
 
6,0 
Co, 2 % 
> 400 
9,4 
 
Fe, 1 % 
> 400 
2,2
CeO 
Co, 3 % 
725 
6,1 
In
2
O
3
 
2,9 
Fe, 5 % 
> 600 
1,4
 
Cr, 2 % 
900 
1,5
ZnO 
3,4 
V, 15 % 
> 350 
0,5
 
Mn, 2,2 % 
> 300 
0,16
 
Fe, 5 %; Cu 1 % 
550 
0,75
 
Co, 10 % 
280–300 
2,0
 
Ni, 0,9 % 
> 300 
0,06
Дополнительным источником ферромагнетизма в оксидных полупроводниках может 
быть и отклонение их состава по кислороду от стехиометрического. Вакансии кислорода в 
данном случае выступают в роли локальных магнитных центров.
Практическое применение магнитных полупроводников для создания спинтронных 
элементов обработки информации требует, чтобы используемые материалы имели высокую 
спиновую поляризацию свободных носителей заряда (желательно 100 %), как можно более 
высокую температуру Кюри (желательно выше комнатной, но не ниже температуры жидкого 
азота), а также допускали создание областей с n- и p-типом проводимости. Выполнимость 
требований высокой спиновой поляризации свободных носителей заряда и возможности 
создания областей с различным типом проводимости ограничивается собственными 
свойствами полупроводника и технологией его легирования. А на температуру Кюри можно 
повлиять заданием определенных размеров областей из магнитного полупроводника, что 
достигается уменьшением их до нанометровых величин.
Теория перколяций, используемая для описания свойств магнитных полупроводников,
предполагает наличие в них устойчивых ферромагнитных областей с упорядоченной 
ориентацией спинов ионов примеси и локализованных носителей заряда. Эти области – 
магнитные поляроны – при понижении температуры расширяются, перекрываются друг с 
другом и в конечном итоге достигают размеров образца. В наноструктурах, очевидно, это 

---

60 
происходит при более высоких температурах, чем в макроскопических образцах. Поэтому в 
наноструктурах из разбавленных магнитных полупроводников ожидаются более высокие 
температуры Кюри, чем в объемных образцах.
Усиление ферромагнитных свойств происходит и в наноструктурах из оксидных 
полупроводников – ZnO, SnO
2
, In
2
O
3
, TiO
2
. В них основной причиной ферромагнетизма 
является отклонение от стехиометрии по кислороду, что становится особенно заметным при 
размерах элементов из этих материалов менее 30 нм.