RU2633538C1 - Magnetic-sensitive composite - Google Patents

Magnetic-sensitive composite Download PDF

Info

Publication number
RU2633538C1
RU2633538C1 RU2016148419A RU2016148419A RU2633538C1 RU 2633538 C1 RU2633538 C1 RU 2633538C1 RU 2016148419 A RU2016148419 A RU 2016148419A RU 2016148419 A RU2016148419 A RU 2016148419A RU 2633538 C1 RU2633538 C1 RU 2633538C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
manganese
antimonide
composite
magnetic
temperature
Prior art date
Application number
RU2016148419A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Аронович Аронзон
Сергей Фёдорович Маренкин
Олег Алексеевич Новодворский
Ирина Валентиновна Федорченко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФГБУН ФИАН)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФГБУН ФИАН), Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФГБУН ФИАН)
Priority to RU2016148419A priority Critical patent/RU2633538C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2633538C1 publication Critical patent/RU2633538C1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G15/00—Compounds of gallium, indium or thallium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G30/00—Compounds of antimony
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G45/00—Compounds of manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: magneto-sensitive composite consists of indium, antimony, and manganese and is a two-phase system corresponding to the formula (InSb)1-x(MnSb)x, where x=0.04-0.1. This system is obtained by the thermal treatment of indium antimonide and manganese antimonide at the temperature of 550 to 800°C.
EFFECT: invention allows to obtain a magneto-sensitive composite with a high value of the magneto-resistance in magnetic fields from 0,15 T due to the increased content of manganese antimonide and high values of the Curie temperature from 540 to 570 K.
1 dwg, 1 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области неорганической химии, а конкретно к созданию новых композиционных материалов, состоящих из полупроводника антимонида индия и ферромагнетика антимонида марганца, которые могут найти применение для создания магниточувствительных диодных структур, магнитных переключателей и сенсоров магнитных полей на основе ферромагнитного композита.The invention relates to the field of inorganic chemistry, and specifically to the creation of new composite materials consisting of a semiconductor of indium antimonide and a ferromagnet manganese antimonide, which can be used to create magnetically sensitive diode structures, magnetic switches and magnetic field sensors based on a ferromagnetic composite.

Уровень техникиState of the art

Известна гетероструктура на основе композиционного материала, состоящего из арсенида индия и арсенида марганца [Ferromagnetic semiconductor InMnAs layers grown by pulsed laser deposition on GaAs, Yu.A. Danilov, A.V. Kudrin, O.V. Vikhrova, B.N. Zvonkov, Yu.N. Drozdov, M.V. Sapozhnikov, S. Nicolodi, E.R. Zhiteytsev, N.M. Santos, M.C. Carmo, N.A. Sobolev // J. Phys. D: Appl. Phys. 42 (2009) 035006 (5pp)].A heterostructure based on a composite material consisting of indium arsenide and manganese arsenide is known [Ferromagnetic semiconductor InMnAs layers grown by pulsed laser deposition on GaAs, Yu.A. Danilov, A.V. Kudrin, O.V. Vikhrova, B.N. Zvonkov, Yu.N. Drozdov, M.V. Sapozhnikov, S. Nicolodi, E.R. Zhiteytsev, N.M. Santos, M.C. Carmo, N.A. Sobolev // J. Phys. D: Appl. Phys. 42 (2009) 035006 (5pp)].

Недостатком указанного композиционного материала является низкая температура Кюри, не превышающая 27°С, что обусловлено присутствием арсенида марганца, обладающего относительно низкой температурой Кюри. Указанный недостаток не позволяет использовать его для изготовления изделий, работающих в коммерческом температурном диапазоне (от 0 до +70°С).The disadvantage of this composite material is the low Curie temperature, not exceeding 27 ° C, due to the presence of manganese arsenide having a relatively low Curie temperature. This drawback does not allow its use for the manufacture of products operating in the commercial temperature range (from 0 to + 70 ° C).

Известна также гетероструктура на основе разбавленного магнитного полупроводника InMnSb на подложке антимонида индия [Spin-dependent magnetotransport in а р-InMnSb/n-InSb magnetic semiconductor heterojunction, J.A. Peters, N. Rangaraju, C. Feeser, B.W. Wessels // APPLIED PHYSICS LETTERS 98, 193506, 2011]. Недостатком указанной гетероструктуры является то, что разбавленный магнитный полупроводник не обладает высокой чувствительностью в слабом магнитном поле.A heterostructure based on a diluted magnetic semiconductor InMnSb on an indium antimonide substrate [Spin-dependent magnetotransport in a p-InMnSb / n-InSb magnetic semiconductor heterojunction, J.A. Peters, N. Rangaraju, C. Feeser, B.W. Wessels // APPLIED PHYSICS LETTERS 98, 193506, 2011]. The disadvantage of this heterostructure is that a diluted magnetic semiconductor does not have high sensitivity in a weak magnetic field.

Наиболее близкими по технической сущности являются известные тонкие пленки разбавленного магнитного полупроводника In1-xMnxSb, где х=0,02 и 0,035 [Magnetotransport properties of InMnSb magnetic semiconductor thin films, J.A. Peters, N.D. Parashar, N. Rangaraju, B.W. Wessels // Phys. Rev. В 82, 205207 (2010)].The closest in technical essence are the known thin films of the diluted magnetic semiconductor In 1-x Mn x Sb, where x = 0.02 and 0.035 [Magnetotransport properties of InMnSb magnetic semiconductor thin films, JA Peters, ND Parashar, N. Rangaraju, BW Wessels // Phys. Rev. B 82, 205207 (2010)].

Недостатком ближайшего аналога является относительно низкое значение магнитосопротивления при комнатной температуре из-за относительно низкого содержания антимонида марганца, что делает применение таких структур малоэффективным.The disadvantage of the closest analogue is the relatively low value of magnetoresistance at room temperature due to the relatively low content of manganese antimonide, which makes the use of such structures ineffective.

Свойства разбавленных магнитных полупроводников определяется тем, что d-элемент (Мn) входит в состав кристаллической решетки полупроводника с образованием однородной по составу гомогенной фазы, а это не позволяет в принципе достичь содержания антимонида марганца выше указанного 0,035.The properties of diluted magnetic semiconductors are determined by the fact that the d-element (Mn) is part of the crystal lattice of the semiconductor with the formation of a homogeneous phase homogeneous in composition, and this does not allow in principle to achieve a manganese antimonide content above the specified 0.035.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является создание композита с повышенным содержанием антимонида марганца для достижения высоких значений магнитосопротивления.The technical problem solved by the present invention is the creation of a composite with a high content of manganese antimonide to achieve high values of magnetoresistance.

Технический результат достигается за счет того, что предложен магниточувствительный композит, состоящий из индия, сурьмы и марганца и представляющий собой двухфазную систему, отвечающую формуле (InSb)1-x(MnSb)x, где х=0,04-0,1, и полученную термической обработкой указанных компонентов при температуре от 550 до 800°С.The technical result is achieved due to the fact that the proposed magnetically sensitive composite consisting of indium, antimony and manganese and is a two-phase system corresponding to the formula (InSb) 1-x (MnSb) x , where x = 0.04-0.1, and obtained by heat treatment of these components at temperatures from 550 to 800 ° C.

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

В настоящем изобретении предложена двухфазная система, отвечающая формуле (InSb)1-x(MnSb)x, где х=0,04-0,1. Выбор диапазона мольных соотношений состава композита обусловлен тем, что при содержании антимонида марганца менее 0,04 наблюдается недостаточно высокое магнитосопротивление композита в низких магнитных полях, а при содержании антимонида марганца выше 0,1 происходит образование перколяционных кластеров, что также приводит к снижению магнитосопротивления композита.The present invention provides a two-phase system according to the formula (InSb) 1-x (MnSb) x , where x = 0.04-0.1. The choice of the range of molar ratios of the composition of the composite is due to the fact that when the content of manganese antimonide is less than 0.04, the magneto resistance of the composite is not high enough in low magnetic fields, and when the content of manganese antimonide is higher than 0.1, percolation clusters are formed, which also leads to a decrease in the magnetoresistance of the composite.

Температура термической обработки определяется тем, что при температуре ниже 550°С двухфазная система InSb - MnSb, находится в твердой фазе, а при температуре выше 800°С происходит разложение антимонида марганца с образованием дополнительных фаз.The temperature of the heat treatment is determined by the fact that at a temperature below 550 ° C the two-phase InSb - MnSb system is in the solid phase, and at a temperature above 800 ° C the decomposition of manganese antimonide occurs with the formation of additional phases.

Предложенная гетерогенная двухфазная система InSb - MnSb имеет относительно более высокое содержанием антимонида марганца, а это позволяет достичь высокого значения магнитосопротивления в слабых магнитных полях.The proposed heterogeneous two-phase InSb - MnSb system has a relatively higher content of manganese antimonide, and this allows one to achieve a high value of magnetoresistance in weak magnetic fields.

Заявляемый композит получали следующим образом.The inventive composite was prepared as follows.

Навески антимонида индия от 0,96 до 0,90 моль и антимонида марганца от 0,04 до 0,10 моль подвергали термической обработке при температуре от 550 до 800°С. Получали композит (InSb)1-x(MnSb)x, где х = от 0,04 до 0,1, магнитосопротивление пленки которого достигало 900% при магнитном поле 0,15 Тл и температуре 300 К.Samples of indium antimonide from 0.96 to 0.90 mol and manganese antimonide from 0.04 to 0.10 mol were subjected to heat treatment at a temperature of from 550 to 800 ° C. A composite was obtained (InSb) 1-x (MnSb) x , where x = 0.04 to 0.1, the film magnetoresistance of which reached 900% with a magnetic field of 0.15 T and a temperature of 300 K.

Определения температуры Кюри во всех заявленных составах композита показали значения от 540 до 570 К.The Curie temperature determinations in all the claimed compositions of the composite showed values from 540 to 570 K.

Ниже приведен пример, иллюстрирующий промышленную применимость заявленного технического решения.The following is an example illustrating the industrial applicability of the claimed technical solution.

0,93 моля антимонида индия и 0,07 моля антимонида марганца сплавляли при температуре 800°С до образования однородного расплава. Расплав охлаждали до комнатной температуры. Полученный продукт использовался в качестве мишени для нанесения тонкой пленки композита на монокристаллическую подложку антимонида индия.0.93 moles of indium antimonide and 0.07 moles of manganese antimonide were fused at a temperature of 800 ° C until a uniform melt formed. The melt was cooled to room temperature. The resulting product was used as a target for depositing a thin film of the composite on a single-crystal substrate of indium antimonide.

Композит (InSb)0,93(MnSb)0,07 наносили на подлодку методом распыления лазерным излучением.The composite (InSb) 0.93 (MnSb) 0.07 was applied to the submarine by laser spraying.

Свойство полученной диодной структуры поясняется на прилагаемом чертеже, где приведена вольт-амперная характеристика диодной структуры при температуре 300 К, в которой в качестве магнитного слоя используется (InSb)1-x(MnSb)x при х=0,07. Кривая 1 отвечает измерению при напряженности магнитного поля 0 Тл; кривая 2 отвечает измерению при напряженности магнитного поля 0,15 Тл, в плоскости гетероперехода, магнитосопротивление диодной структуры составило 600%. Кривая 3 отвечает измерению при напряженности магнитного поля 0,15 Тл, перпендикулярно плоскости гетероперехода, магнитосопротивление диодной структуры составило 900%.The property of the obtained diode structure is illustrated in the attached drawing, which shows the current-voltage characteristic of the diode structure at a temperature of 300 K, in which (InSb) 1-x (MnSb) x is used as the magnetic layer at x = 0.07. Curve 1 corresponds to a measurement at a magnetic field strength of 0 T; curve 2 corresponds to a measurement at a magnetic field strength of 0.15 T, in the plane of the heterojunction, the magnetoresistance of the diode structure was 600%. Curve 3 corresponds to a measurement at a magnetic field strength of 0.15 T, perpendicular to the plane of the heterojunction, the magnetoresistance of the diode structure was 900%.

Таким образом, данное изобретение позволяет получать магниточувствительный композит, с более высокими значениями температуры Кюри от 540 до 570 К и более высоким, до 900%, магнитосопротивлением в магнитных полях от 0,15 Тл, нежели у известных аналогов.Thus, this invention allows to obtain a magnetically sensitive composite, with higher Curie temperatures from 540 to 570 K and higher, up to 900%, magnetoresistance in magnetic fields from 0.15 T, compared to the known analogues.

Claims (1)

Магниточувствительный композит, состоящий из индия, сурьмы и марганца и представляющий собой двухфазную систему, отвечающую формуле (InSb)1-x(MnSb)x, где x=0,04-0,1, и полученную термической обработкой указанных компонентов при температуре от 550 до 800°C.A magnetosensitive composite consisting of indium, antimony and manganese and representing a two-phase system corresponding to the formula (InSb) 1-x (MnSb) x , where x = 0.04-0.1, and obtained by heat treatment of these components at temperatures from 550 up to 800 ° C.
RU2016148419A 2016-12-09 2016-12-09 Magnetic-sensitive composite RU2633538C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016148419A RU2633538C1 (en) 2016-12-09 2016-12-09 Magnetic-sensitive composite

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016148419A RU2633538C1 (en) 2016-12-09 2016-12-09 Magnetic-sensitive composite

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2633538C1 true RU2633538C1 (en) 2017-10-13

Family

ID=60129440

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016148419A RU2633538C1 (en) 2016-12-09 2016-12-09 Magnetic-sensitive composite

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2633538C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3439973A (en) * 1963-06-28 1969-04-22 Siemens Ag Polarizing reflector for electromagnetic wave radiation in the micron wavelength
RU2465378C1 (en) * 2011-07-07 2012-10-27 Учреждение Российской Академии Наук Институт Общей И Неорганической Химии Им. Н.С. Курнакова Ран (Ионх Ран) Magnetic semiconductor material

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3439973A (en) * 1963-06-28 1969-04-22 Siemens Ag Polarizing reflector for electromagnetic wave radiation in the micron wavelength
RU2465378C1 (en) * 2011-07-07 2012-10-27 Учреждение Российской Академии Наук Институт Общей И Неорганической Химии Им. Н.С. Курнакова Ран (Ионх Ран) Magnetic semiconductor material

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PETERS J.A. et al. Magnetotransport properties of InMnSb magnetic semiconductor thin films, Physical Review, 2010, В 82, 205207. *
PETERS J.A. et al. Magnetotransport properties of InMnSb magnetic semiconductor thin films, Physical Review, 2010, В 82, 205207. ЯКОВЛЕВА Е.И. и др. Аномальный эффект Холла в разбавленном магнитном полупроводнике In 1-x Mn x Sb с кластерами MnSb, Письма в ЖЭТФ, 2015, т. 101, вып. 2, с. 136-142. *
ЯКОВЛЕВА Е.И. и др. Аномальный эффект Холла в разбавленном магнитном полупроводнике In 1-x Mn x Sb с кластерами MnSb, Письма в ЖЭТФ, 2015, т. 101, вып. 2, с. 136-142. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shen et al. Topological crystalline insulator nanostructures
Cao et al. Ferromagnetism and nonmetallic transport of thin-film α-FeSi 2: A stabilized metastable material
May et al. Negative magnetoresistance in (In, Mn) As semiconductors
Mukherjee et al. Sign reversal of anomalous Hall conductivity and magnetoresistance in cubic noncollinear antiferromagnet Mn 3 Pt thin films
Yakovleva et al. Anomalous hall effect in the In 1− x Mn x Sb dilute magnetic semiconductor with MnSb inclusions
RU2633538C1 (en) Magnetic-sensitive composite
Makise et al. Fabrication and characterization of epitaxial TiN-based Josephson junctions for superconducting circuit applications
Jain et al. Optimization of La0. 7Sr0. 3MnO3 thin film by pulsed laser deposition for spin injection
Omiya et al. Magnetotransport properties of (Ga, Mn) As grown on GaAs (411) A substrates
Kajikawa Analysis of the experimental data for impurity‐band conduction in Mn‐doped InSb
RU2649047C1 (en) METHOD FOR OBTAINING A FERROMAGNETIC COMPOSITE AlSb-MnSb
Xi-Jun et al. Magnetic and transport properties of ferromagnetic semiconductor GaDyN thin film
Uchitomi et al. Ferromagnetic and transport properties of highly Mn-doped ZnSnAs2 epitaxial layers on InP substrates
Rimal et al. Interface enhanced magnetic anisotropy in Pt/EuO 1− x films
Wong et al. Influence of capping layers on magnetic anisotropy in Fe/MgO/GaAs (100) ultrathin films
Terui et al. MnSb‐based spin LED with side‐wall emission
Kochura et al. Magnetotransport properties of InSb-MnSb nanostructured films
Das et al. Magnetic and electrical properties of Zno/La0. 7Sr0. 3MnO3 heterostructures
Kochura et al. Growth and magnetic properties of Mn‐doped ZnSiAs2/Si heterostructures
Kudrin et al. LEDs based on InGaAs/GaAs heterostructures with magnetically controlled electroluminescence
Dorokhin et al. Room temperature spin injection in a light-emitting diode based on a GaMnSb/n-GaAs/InGaAs tunnel junction
Danilov et al. A (Ga, Mn) Sb magnetic semiconductor for spintronic applications
Yoshii et al. Evidence for carrier-induced high-TC ferromagnetism in Mn-doped GaN film
Kawazoe et al. La1-x Ba x MnO3
Druzhinin et al. Studies piezoresistive properties of n-type conductivity indium antimonide thin layers

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181210