Материал для спинтроники

(51) 01 21/245 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ полупроводниковыми и ферромагнитними свойствами,что делает возможным его использование в спинтронике. В сплаве - отсутствует необходимость изготовления контактов между системой кобальта и цинка, ее максимальная температура Кюри (398 К) позволяет успешно использовать ее в устройствах спинтроники при комнатной и более высоких температурах. Материал для спинтроники может быть получен и в пленочном варианте образца на основе сплава Со 521 для его использования в спинтронике. Таким образом, использование сплава - при концентрациях кобальта более 20 позволяет получить указанные выше преимущества использования сплава - в спинтронике.(72) Рябикин Юрий Алексеевич Зашквара Оксана Владимировна Токмолдин Серекбол Жарылгапович(56) Л.И. Королева, Д.М. Защиринский,Т.М. Хапаева, Л.И. Гурский, Н.А. Каланда, В.М. Трухан, Р. Шимчак, Б. Крзуманска. Новый материал спинтроники - 2, Физика тврдого тела.,2009, с.286-291(57) Материал для спинтроники на основе объемного сплава -, обладающего при концентрации кобальта больше 20 Изобретение относится к области получения и изучения свойств материалов, используемых в спинтронике. Спинтроника сравнительно новая,быстро развивающаяся область науки и техники,основанная на передаче информации не с помощью электрических свойств электронов (электрического тока), а использующая перенос магнитных(спиновые характеристики электронов) ориентированных спинов из ферромагнетика в немагнитный полупроводник (ПП). (. , .. . . . 2004, 76, 2, . 323. . .1998, 281, 5391, . 951). Проводимые в этом направлении работы являются весьма актуальными,поскольку появляется возможность создания одноэлектронных систем логических структур и спин-информационных систем,в которых информационной ячейкой памяти служит спин электрона один спин - один бит информации.(поляризованных) спинов из ферромагнетика в немагнитный полупроводник (ПП). Актуальность этой тематики обусловлена возможностью создания спин-информационных структур,в которых информационной ячейкой памяти служит спин электрона. Если использовать в качестве эмиттеров(источников) поляризованных электронов ферромагнитные металлы (ФМ), то обычно достижимая степень поляризации спинов в этом случае не превышает 10. Почти 100 степень поляризации спинов была получена в системах ПП и ПП-халькогенидные шпинели. К сожалению,ферромагнитные свойства в этих системах проявляются лишь при низких температурах, . . . 2004,92, 3, 03 . 720), что ограничивает их практическое использование. Кроме того, технические трудности с получением хорошего электрического контакта между ФМ и ПП также создают дополнительные проблемы в использовании подобных систем,которые к тому же изготавливаются только в пленочном виде. Становится ясным, что решением этих проблем, является создание ферромагнитных полупроводников (ФП) с температурой Кюри (Тк) выше комнатной. В последнее время появились сообщения о синтезе в США пленочных ферромагнетиков в системе твердых растворов - 1-2 (т.н. разбавленные магнитные полупроводники (МП) с Тк выше комнатной.. . . 2000, 39. 10,949. ,. , .. . . .2002,236, 4, . 609). Недавно российскими учеными также были получены соединения, имеющие Тк выше комнатной (2 М, 2) (Р.В. Демин,Л.И. Королева, С.Ф. Маренкин и др. Письма в ЖТФ 2004, 30, 21 с. 81. Л.И. Королева, Д.М. Защиринский, Т.М. Хапаева, Л.И. Гурский, Н.А. 2 Каланда, В.М. Трухан, Р. Шимчак, Б. Крзуманска. Новый материал спинтроники - 2, Физика тврдого тела., 2009, с.286-291. Патент 2515426 С 1,2014. Ферромагнитный полупроводниковый материал. Рассмотренные работы являются первыми успехами в получении ФП с Тк выше комнатной, будет использоваться в качестве прототипа предлагаемого изобретения. Ферромагнитный материал, описанный в этом патенте представляет собой ферромагнитную плнку полупроводникового диоксида титана,легированного ванадием в количестве от 3 до 5 ат. по отношению к титану,имеющую кристаллическую структуру анатаза и выращенную на диэлектрической подложке. Плнка легированного диоксида титана дополнительно имплантирована при комнатной температуре ионами кобальта с дозой (1.3-1.6)1017 см-2 и при температуре не менее 300 К в отсутствие внешнего магнитного поля сохраняет остаточную намагниченность не менее 70 от величины намагниченности насыщения. К сожалению, все эти системы, включая и выбранный прототип, получены в пленочном виде. Кроме того для усиления магнитных свойств исходный образец легированного диоксида титана дополнительно имплантировали ионами кобальта. Все это существенно ограничивает возможности его использования в спинтронике. Однако ее развитие требует разнообразных по составу и свойствам новых ФП, в том числе и объемных. Предлагаемый материал устраняет указанные недостатки, позволяя получить технический результат,заключающийся в том,что использование в спинтронике объемного материала - сплава - на основе интерметаллида 521, имеющего высокую температуру Кюри(максимальные ее значение равно 398 К),существенно расширит возможности спинтроники. Сплав приготовлен на основе цинка чистотой 99,99 и кобальта чистотой 99,99 в корундовых тиглях в шахтной печи сопротивления под покровом расплавленной буры. Затем сплав разливали в стальные разъемные изложницы для получения слитков диаметром 10 и 22 мм. Для приведения в равновесие пробы были подвергнуты длительному многоступенчатому отжигу. Полученный сплав имеет электронное состояние с концентрацией(21/13 эл/ат). Сплав - стехиометрического состава (17 вес.кобальта) имеет сложную кубическую решетку с 52 атомами в элементарной ячейке, упорядоченно расположенными по узлам решетки. Исследование электрических характеристик сплавов в области концентраций кобальта 13-24 вес.показало, что у твердых растворов внедрения (концентрация кобальта больше 17 вес. ) температурный коэффициент электросопротивления имеет отрицательное значение (Фиг.1 и Фиг.2). Этот факт,а также величина электросопротивления в этой области концентраций кобальта свидетельствует о том, что эти сплавы проявляют полупроводниковые свойства. Измерения методом ЭПР (Ю.А. Рябикин,В.Д. Мелихов, О.В. Зашквара ФММ 1996, 81, 3,с. 36), показали, что для образцов с концентрацией кобальта С 23-24 вес.интенсивность сигнала магнитного резонанса увеличилась более чем на два порядка по сравнению с образцом с концентрацией кобальта С 13 вес . Это свидетельствует о появлении ферромагнитного взаимодействия между ионами кобальта при этих концентрациях. Для образца сплава с С 24 вес.кобальта наблюдается ЭПР сигнал, состоящий из двух линий (Фиг.3). Полученная особенность предлагаемого материала позволяет заключить, что в этом случае происходит образование двух магнитных подрешеток кобальта,внутри которых его ионы взаимодействуют ферромагнитно между собой. Эта особенность предлагаемого материала может представлять дополнительный интерес для экспериментов по спинтронике. Температурные измерения на образце с С 25 вес.кобальта показали, что для него Тк 398 К. Таким образом, сочетание особенностей ферромагнитных и полупроводниковых свойств объемных твердых растворов на основе интерметаллида 521 является определяющим для их использования в спинтронике. Отметим, что при необходимости из объмного материала при использовании известных методик может быть получен плночный вариант образца на основе сплава 521 для его использования в спинтронике. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Материал для спинтроники на основе сплава,обладающего полупроводниковыми и ферромагнитными свойствами, отличающийся тем,что объемный сплав основан на интерметаллиде Со 521 со следующим соотношением масс. кобальт 20-25, цинк 8075, при этом максимальное значение его температуры Кюри составляет 398 К при концентрации кобальта 25 весовых процентов.