Письма в ЖЭТФ, том 109, вып. 4, с. 258 - 264

Электронный парамагнитный резонанс в Ge/Si гетероструктурах с

квантовыми точками, легированными марганцем

А. Ф. Зиновьева^a1), В. А. Зиновьев^a, Н. П. Степина^a, А. В. Кацюба^a, А. В. Двуреченский^a,b,

А. К. Гутаковский^a, Л. В. Кулик^b,c, А. С. Богомяков^d, С. Б. Эренбург^e, С. В. Трубина^e, М. Фёльсков^f2)

^aИнститут физики полупроводников Сибирского отделения РАН, 630090 Новосибирск, Россия

^bНовосибирский государственный университет, 630090 Новосибирск, Россия

^cИнститут химической кинетики и горения Сибирского отделения РАН, 630090 Новосибирск, Россия

^dМеждународный томографический центр Сибирского отделения РАН, 630090 Новосибирск, Россия

^eИнститут неорганической химии Сибирского отделения РАН, 630090 Новосибирск, Россия

^f Institute of Ion Beam Physics and Materials Research, 01328 Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Germany

Поступила в редакцию 15 ноября 2018 г.

После переработки 14 декабря 2018 г.

Принята к публикации 18 декабря 2018 г.

Структуры с Ge/Si квантовыми точками, легированными Mn, были исследованы методом электрон-

ного парамагнитного резонанса для нахождения оптимальных условий для формирования магнитной

фазы внутри квантовых точек. Были исследованы две серии образцов: 1) серия A с квантовыми точками,

выращенными при 450^◦ C и варьируемой концентрации Mn, 2) серия B с квантовыми точками, выра-

щенными при различных температурах и одной и той же концентрации Mn x = 0.02. Обнаружено, что

присутствие Mn приводит к существенным изменениям спектров ЭПР от электронов, локализованных

на квантовых точках. Эти изменения связаны с (i) уменьшением деформации из-за Ge-Si перемешива-

ния, (ii) увеличением характерного размера квантовых точек и изменением их формы, (iii) появлением

дополнительного магнитного поля, связанного с атомами Mn в квантовых точках. Полученные дан-

ные позволяют разобраться в причинах невоспроизводимости имеющихся в литературе результатов по

созданию магнитных Ge1-xMnx квантовых точек.

DOI: 10.1134/S0370274X1904012X

В последние годы большое внимание уделяется

трации марганца x = 0.05 [1]. Несколько позднее бы-

созданию магнитных квантовых точек (КТ) на ос-

ли опубликованы результаты по формированию маг-

нове Ge/Si гетеросистемы с использованием мето-

нитных КТ при других условиях (T_QD = 400^◦С и

да молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) [1-6]. Это

x = 0.02), исключавших преципитацию Mn и диф-

стимулировано положительными результатами, по-

фузию марганца в Si подложку и тем самым позво-

лученными на GeMn тонких пленках [7-9]. Ожида-

ливших отнести наблюдаемые магнитные свойства

ется, что пространственная локализация, обеспечи-

образцов с Ge_1-xMn_x КТ к магнитной фазе внут-

ваемая КТ, усилит обменное взаимодействие дырок с

ри КТ [5]. И совсем недавно были опубликованы ре-

ионами Mn и облегчит формирование магнитной фа-

зультаты по успешному формированию магнитных

зы внутри КТ [1]. Дополнительным преимуществом

Ge_1-xMn_x КТ при T_QD = 450^◦С и концентрации Mn

таких КТ является совместимость с кремниевой тех-

x = 0.05 на виртуальных подложках Ge_0.2Si_0.8, при-

нологией. Однако, результаты, полученные на сего-

чем КТ, сформированные при тех же условиях на

дняшний день различными научными группами, на-

обычных кремниевых подложках, оказались немаг-

ходятся в некотором противоречии. В 2010 г. были

нитными [3]. Несмотря на разногласия, все исследо-

опубликованы результаты по успешному созданию

ватели, столкнувшись с проблемой создания таких

магнитных Ge_1-xMn_x КТ при использовании темпе-

КТ, пришли к заключению, что формирование маг-

ратуры формирования КТ T_QD = 450^◦С и концен-

нитной фазы сильно зависит от ростовых условий,

особенно от температуры роста квантовых точек, ве-

¹⁾e-mail: aigul@isp.nsc.ru

личины потока и количества осажденного марганца.

²⁾M. Voelskow.

258

Письма в ЖЭТФ том 109 вып. 3 - 4

2019

Электронный парамагнитный резонанс в Ge/Si гетероструктурах с квантовыми точками. . .

259

Формирование магнитной фазы в квантовых точках

при заращивании КТ. Мы использовали процедуру

определяется особенностями встраивания марганца

закрытия, обеспечивающую уменьшение концентра-

в матрицу германия, а именно, необходимо, чтобы

ции дефектов в закрывающем Si слое, что являет-

марганец встроился в узловые позиции в решетке,

ся более приемлемым с точки зрения применения в

а это зависит от атомной конфигурации, деформа-

спинтронике. Сравнение с концентрацией дефектов в

ций и содержания Ge в КТ. Одним из методов, кото-

образцах серии В, закрытых при более высоких тем-

рые могут дать информацию об этих свойствах, яв-

пературах показало, что двухстадийное закрытие не

ляется метод электронного парамагнитного резонан-

привело к появлению дополнительных дефектов (см.

са (ЭПР). В настоящей работе проведен поиск опти-

ЭПР результаты ниже).

мальных условий для создания структур с КТ, об-

На рисунке 1 показаны результаты исследова-

ладающих магнитными свойствами, исследована за-

ний методами атомно-силовой микроскопии (ACM) и

висимость от температуры формирования и потока

Mn. В качестве маркеров изменения состояния систе-

мы (микроструктуры, состава КТ и деформаций) ис-

пользованы электронные состояния, локализованные

в Si вблизи КТ [10]. Этот метод дает дополнитель-

ную возможность контролировать магнитное состоя-

ние КТ. Разумно предположить, что дополнительное

магнитное поле, производимое Mn атомами, встро-

ившимися в Ge КТ, может привести к модификации

ЭПР спектров, в частности, к изменению g-фактора

электронов, локализованных вблизи КТ.

Рост структур с Ge_1-xMn_x КТ проводился мето-

дом МЛЭ на Si(001) подложках. Перед осаждени-

ем слоя с КТ был выращен буферный слой крем-

ния толщиной 100 нм при температуре 500^◦С. Руко-

водствуясь результатами, полученными ранее други-

ми исследовательскими группами, мы использовали

две температуры формирования КТ T_QD = 400^◦С,

450^◦С. КТ были сформированы при осаждении 7.5

монослоев (МС) германия. Было выращено две серии

образцов. В серии А от образца к образцу варьирова-

лась концентрация Mn, температура же формирова-

ния КТ оставалась неизменной, T_QD = 450^◦C. В се-

рии B образцы были выращены при одинаковом по-

токе Mn (обеспечивающим 4 % Mn для образцов се-

рии A). Для образца B1 КТ были сформированы при

T_QD = 450^◦С, а для образца B2 температура форми-

рования КТ была 400^◦С (для исключения диффузии

Mn в подлежащий слой кремния). Образцы были ле-

Рис. 1. (Цветной онлайн) (a)-(d) - АСМ изображе-

гированы за счет остаточного фона в МЛЭ камере,

ния

(1.5 × 1.5 мкм); (e), (f)

- ЭДРС изображения

обеспечивающего уровень легирования ∼5·10¹⁶ см^-3

(0.8 × 0.6 мкм) поверхности с КТ, полученными при

(n-тип). Было использовано два режима заращива-

осаждении 7.5 МС Ge при 450^◦C при различной кон-

центрации Mn: (a) - без Mn, (b) - x = 0.04, (c) -

ния КТ кремнием. Для образцов серии А КТ зара-

x = 0.08, (d) - x = 0.4, (e) - x = 0.08, (f) - x = 0.4

щивались в два этапа: сначала осаждался слой низ-

котемпературного (200^◦С) кремния толщиной 2 нм, а

затем при температуре 400^◦С было выращено 20 нм

энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии

кремния. Для серии B температура заращивания КТ

(ЭДРС) открытых структур с Ge_1-xMn_x КТ, сфор-

была такой же, как температура формирования КТ.

мированными при различных потоках Mn. Осажде-

Следует отметить, что в ранее опубликованных ра-

ние марганца в процессе роста КТ приводит к уве-

ботах [1, 2], КТ закрывались либо аморфным крем-

личению размера островков и уменьшению их плот-

нием, либо Al₂O₃, чтобы избежать сегрегации Mn

ности. В целом свойства массива КТ соответству-

Письма в ЖЭТФ том 109 вып. 3 - 4

2019

8^∗

260

А. Ф. Зиновьева, В. А. Зиновьев, Н. П. Степина и др.

ют более высокой температуре роста. При содержа-

ганца и германия определялось из анализа их рас-

нии Mn, близком к 10 %, островки удлиняются в

пределения по глубине. Результаты анализа приве-

одном направлении и выглядят как нанопроволоки,

дены в табл. 1. На рисунке 2а приведено распределе-

что наблюдалось ранее и другими исследовательски-

ние по глубине атомов Ge и Mn в образце с 22 % со-

ми группами [2]. Изображения, полученные методом

держанием марганца. Видно, что максимум распре-

ЭДРС (рис.1e, f) показывают, что пространственное

деления атомов Mn смещен вглубь образца по срав-

распределение марганца (розовый цвет) коррелирует

нению с максимумом распределения по глубине ато-

с расположением Ge островков на поверхности, мар-

мов Ge. Обнаруженное смещение в пространствен-

ганец равномерно распределен с небольшой концен-

ном распределении Mn относительно Ge мы связы-

трацией в области мелких островков, и скапливается

ваем с диффузионным перераспределением атомов

в большем количестве по периферии больших ост-

Mn в кремний под слой КТ, в область растянутого

ровков. При высоких концентрациях Mn проявляет-

кремния. Формирование скопления Mn под Ge КТ

ся каталитический эффект: марганец скапливается

наблюдалось ранее в работе [1] с помощью электрон-

на одной из сторон островка и стимулирует рост в

ной микроскопии высокого разрешения при исследо-

этом направлении, приводя к формированию нано-

вании структур с Ge_1-xMn_x КТ, созданными при той

проволок на поверхности структур.

же температуре роста T = 450^◦C.

Результаты ЭДРС и АСМ демонстрируют, что

Концентрация Mn в образцах серии B оказалась

марганец играет роль сурфактанта, присутствие ко-

ниже, чем в образцах серии А, выращенных при том

торого на поверхности растущей пленки приводит

же интегральном потоке Mn. Согласно результатам

к увеличению коэффициента поверхностной диффу-

исследований методом спектроскопии протяженной

зии. Поскольку Si-Ge перемешивание во время роста

структуры рентгеновского поглощения (Extended X-

происходит в основном посредством поверхностной

ray Absorption Fine Structure - EXAFS) концентра-

диффузии, то следует ожидать понижения содержа-

ция Mn в этих образцах в два раза ниже, чем в об-

ния Ge в КТ при увеличении концентрации Mn. Дей-

разце A1 (см. детали исследований в работе [12]).

ствительно, такой результат был получен при иссле-

Такое уменьшение концентрации является следстви-

дованиях методом спектроскопии комбинационного

ем сегрегации Mn при заращивании КТ при той

рассеяния света (КРС) образцов серии А. Содержа-

же температуре, что и температура роста. Анализ

ние германия в образце А1, выращенном при инте-

EXAFS спектров показал, что значительная часть

гральном потоке Mn, соответствующем x = 0.04, со-

атомов Mn находится в позициях замещения атомов

ставило 75 %, а для образца А3, выращенного с боль-

Ge, что должно способствовать формированию маг-

шим интегральным потоком Mn (x = 0.22), содержа-

нитной фазы внутри КТ.

ние Ge составило 61 % (детали обработки спектров

Изменение процедуры закрытия привело не толь-

КРС описаны в работе [11]).

ко к падению концентрации Mn в КТ, но и к из-

менению формы КТ. Исследования методом ска-

Таблица 1. Экспериментальные данные для образцов серии

А и В. Здесь T_QD - температура формирования КТ, x(Mn) -

нирующей просвечивающей электронной микроско-

концентрация марганца в КТ (относительно Ge). Для образ-

пии (СПЭМ) показали, что КТ в образцах серии B

цов B1 и B2 концентрация Mn определена на основе данных

имеют форму, близкую к дискообразной (рис. 2b).

EXAFS. Для образцов серии A x(Mn) получена из ЭДРС и

Особенно важным является отсутствие на изображе-

РОР данных

ниях СПЭМ какого-либо намека на преципитацию

# T_QD x(Mn) Содержание

gzz

gxy

Mn и образование силицидов (или германидов) мар-

(◦C)

ганца. Отсутствие Mn включений при использова-

450

0.04

0.75

1.9990

1.9988

450

0.08

0.65

1.9987

1.9990

нии температуры формирования КТ 400^◦С и кон-

450

0.22

0.61

1.9986

1.9989

центрации Mn x=0.02 также было отмечено в ра-

боте [5].

450

≤ 0.02

0.72

1.9987

1.9990

Исследования ЭПР методом проводились на

400

0.02

0.74

1.9992

1.9995

стандартном ЭПР-спектрометре фирмы Bruker

ELEXSYS-580, при частоте, близкой к 9.7 ГГц, в

Также для определения состава созданных струк-

диапазоне температур

4.5-25 К. Образцы пред-

тур был применен метод резерфордовского обрат-

ставляли собой прямоугольные пластинки кремния

ного рассеяния (РОР). Спектры РОР регистриро-

размером 4 × 10 мм², вырезанные вдоль кристал-

вались для разориентированного пучка ионов Не⁺

лографических направлений [110] и [110]. Образцы

с энергией 1.7 МэВ. Интегральное количество мар-

крепились на длинный кварцевый стержень, кото-

Письма в ЖЭТФ том 109 вып. 3 - 4

2019

Электронный парамагнитный резонанс в Ge/Si гетероструктурах с квантовыми точками. . .

261

Рис. 2. (Цветной онлайн) (a) - Распределение по глу-

бине атомов Ge и Mn, полученное методом РОР для об-

Рис. 3. (Цветной онлайн) (а) - ЭПР спектры от образ-

разца A3 с Ge0.78Mn0.22 КТ, выращенными при 450^◦C и

цов серии А и B c различной концентрацией Mn. Во

закрытыми кремнием с использованием двухстадийной

всех образцах, кроме В2, КТ выращены при TQD =

процедуры. (b) - СПЭМ изображение образца B2 с КТ,

= 450^◦C. Магнитное поле приложено вдоль направле-

выращенными при 400^◦C и закрытыми кремнием при

ния [001]. (b) - ЭПР спектры от образцов B1 (TQD =

той же температуре. СПЭМ данные получены при ис-

= 450^◦C, x ≤ 0.02) и В2 (TQD = 400^◦C, x = 0.02).

пользовании электронного микроскопа TITAN 80-300

θ - угол между магнитным полем и направлением

[001]. Базовая линия удалена численной обработкой.

Для всех кривых мощность микроволнового излучения

рый затем погружался в гелиевый криостат (Oxford

P = 0.063мВт, T = 4.5K

CF935).

Абсолютная точность определения g-факторов

была ±0.0001. Относительная точность определения

тенсивность этого сигнала соответствует количеству

g-факторов была увеличена примерно на порядок

точечных дефектов этого типа ∼10¹², что типично

за счет использования эталонов. Все значения g-

для структур с КТ, выращенных при температурах

фактора были откалиброваны относительно значе-

400-500^◦С. Обычно сигнал от оборванных связей

ния g-фактора электронов проводимости в LiF [13].

Si устраняется путем пассивации атомарным водоро-

Кроме того, мы использовали сильнолегированный

дом. В этих экспериментах мы не проводили эту про-

образец кремния с концентрацией фосфора 5 · 10¹⁸

цедуру, чтобы увидеть, насколько различается кон-

см^-3 как дополнительный g-калибратор [14].

центрация дефектов этого типа в сериях А и В. Ис-

Все исследуемые структуры (серии А и В) про-

следования показали, что в обеих сериях интенсив-

демонстрировали сигналы ЭПР, типичные для элек-

ность этого сигнала практически одна и та же.

тронов, локализованных вблизи Ge КТ, встроенных

С увеличением концентрации Mn происходит по-

в Si (рис. 3а). В дополнение к сигналу от КТ (обо-

давление ЭПР-сигнала от КТ (для образцов с T_QD =

значен как QD на рис. 3), все спектры ЭПР содер-

= 450^◦C). Наибольшую интенсивность ЭПР-сигнала

жали сигнал от дефектов в Si типа оборванных свя-

от КТ продемонстрировал образец B1 с наимень-

зей (обозначен как DB на рис.3). Интегральная ин-

шей концентрацией Mn. При увеличении температу-

Письма в ЖЭТФ том 109 вып. 3 - 4

2019

262

А. Ф. Зиновьева, В. А. Зиновьев, Н. П. Степина и др.

ры измерений интенсивность сигналов падает обыч-

Затухание сигнала ЭПР от КТ при увеличении

ным образом, пропорционально величине равновес-

концентрации Mn может быть обусловлено двумя

ной спиновой поляризации. Для образца B1 ЭПР-

причинами. Первая - уменьшение глубины потен-

сигнал от КТ наблюдается до температуры T = 25 К.

циальной ямы для электронов за счет уменьшения

Никаких изменений в положении ЭПР-линий по по-

деформаций в системе. Вторая причина - легирова-

лю с ростом температуры не наблюдается.

ние растущего слоя КТ марганцем. Атомы Mn могут

вызвать компенсацию доноров в образце, встраива-

Сигналы от КТ для структур А1 и А2(А3) име-

ясь в узлы решетки и играя роль акцепторов. Паде-

ют разные угловые зависимости. При отклонении

ние интенсивности сигнала ЭПР от КТ для образца

магнитного поля от оси роста сигнал от КТ в об-

разце А1 сдвигается в сторону больших магнитных

B2 (рис.3а) обусловлено более низкой температурой

формирования КТ, которая, возможно, оказалась бо-

полей, и для поля B ∥ [110] положение ЭПР сигна-

ла соответствует g_xy = 1.9988. Для образца А2 сиг-

лее оптимальной для встраивания марганца в узло-

вые позиции решетки. Также при такой температу-

нал при повороте образца в магнитном поле сдви-

гается в сторону меньших полей, имея g_zz = 1.9987

ре возможно и формирование дефектов-ловушек для

электронов, что, в принципе, подтверждается увели-

и g_xy = 1.9990. Такая же зависимость наблюдается

чением сигнала ЭПР после пассивации водородом.

и для образца А3 (см. табл. 1). Такое поведение g-

фактора можно рассматривать как доказательство

Образцы B1 и B2, выращенные без использования

изменения пространственной локализации электро-

двухступенчатой процедуры закрытия демонстриру-

нов вблизи КТ. В образцах А2 и А3 с большей кон-

ют спектры ЭПР, характерные для электронов, ло-

центрацией Mn, электроны локализуются на пери-

кализованных на краях основания КТ. Сигнал ЭПР,

ферии КТ, в то время как в образце А1 электроны

наблюдаемый для образца В1, имеет g_zz = 1.9987 и

локализованы вблизи вершин КТ. Такой вывод сде-

g_xy = 1.9990. Такая же угловая зависимость ЭПР-

лан на основании сравнения с результатами преды-

сигнала наблюдается для образца B2. Однако абсо-

дущих исследований структур с Ge/Si КТ, выращен-

лютные значения компонент g-тензора сдвинуты на

ными без Mn [10, 15, 16]. Обычно в образцах с КТ с

одно и то же значение δg = 5 · 10^-4 (см. табл. 1), что

небольшими боковыми размерами (l < 30 нм) элек-

что эквивалентно сдвигу сигналов ЭПР на 1 Гс по

троны локализованы на вершинах КТ в потенциаль-

сравнению с сигналами, полученными для образца

ных ямах, сформированных за счет деформаций в

B1 (рис.3b).

Si. Эти электроны имеют значение g_zz, близкое к

Сравнение результатов, полученных для образ-

продольному g-фактору в Si, g_∥ = 1.9995. В струк-

цов серии A и B, позволяет выделить два эффекта.

турах с более крупными КТ (латеральный размер

Первый эффект - это изменение формы КТ. Образ-

l > 30нм) деформация в Si вблизи краев КТ может

цы A1 и B1 выращивались в одних и тех же условиях

превысить деформации на вершине КТ, и электроны

роста (температура, количество Mn и Ge), за исклю-

будут локализоваться на краях оснований КТ с g_zz,

чением процедуры заращивания КТ кремнием. Фор-

близким к поперечному g-фактору в Si, g_⊥ = 1.9984.

ма КТ в образце A1 сохранилась из-за низкой темпе-

Согласно результатам исследований методом АСМ,

ратуры закрытия кремнием, тогда как КТ в образце

КТ, выращенные с концентрацией Mn x ≥ 0.08, име-

В1 меняют форму и превращаются в дискообразные

ют латеральный размер l ≥ 50 нм, поэтому в образ-

КТ (см. рис.2b). Такая форма и достаточно боль-

цах A2 и A3 электроны преимущественно локализу-

шой латеральный размер КТ способствуют локали-

ются на краях КТ. Полученные значения g-факторов

зации электронов на краях основания КТ, в то время

слегка отличаются от указанных выше из-за переме-

как, для образца А1 наблюдалась локализация элек-

шивания Ge-Si, стимулированного присутствием Mn

тронов на вершинах КТ. Второй эффект - неожи-

при осаждении КТ. Такое перемешивание приводит к

данные значения g-фактора, полученные для образ-

уменьшению деформаций в исследуемых структурах

ца B2. Обычно электроны, локализованные на кра-

и, как следствие, к изменению значений g-фактора и

ях КТ имеют значение g_xy, не превышающее 1.9990

уменьшению его анизотропии δg = g_zz - g_xy. При

максимально возможных деформациях в системе с

(для поля B ∥ [110]) [15]. Это ограничение задается√

Ge/Si КТ анизотропия g-фактора равна δg = g_∥ -

значениями g_∥ и g_⊥ в Si, g_xy =

(1/2g^2∥ + 1/2g^2⊥). Пе-

g_⊥ = 1.1· 10^-3 [15]. С уменьшением деформации сте-

ремешивание Ge-Si может привести только к умень-

пень анизотропии уменьшается, g-фактор становит-

шению анизотропии g и, соответственно, к уменьше-

ся более изотропным. В наших экспериментах анизо-

нию g_xy (для электронов, локализованных на краях

тропия уменьшается до δg ≈ (2 ÷ 3) · 10^-4.

КТ). Поскольку в образце B2 анизотропия δg такая

Письма в ЖЭТФ том 109 вып. 3 - 4

2019

Электронный парамагнитный резонанс в Ge/Si гетероструктурах с квантовыми точками. . .

263

же, как и в образце B1, то можно сделать вывод,

ченности от магнитного поля не наблюдался. Следу-

что перемешивание Ge-Si не контролирует наблюда-

ет отметить, что в работе [5] образцы, выращенные в

емый эффект. Поэтому мы предполагаем, что этот

аналогичных условиях T_QD = 400^◦C с концентраци-

эффект обусловлен наличием Mn в слое КТ. Возмож-

ей Mn x = 0.02 демонстрируют гистерезис. Отличи-

но, намагниченность, возникающая вследствие спи-

тельной особенностью этих структур является нали-

новой поляризации в областях с высоким содержа-

чие связи между КТ (см. рис. 2 в работе [5]). Неболь-

нием Mn, создает дополнительное магнитное поле,

шое отличие в количестве осажденного Ge (примерно

которое приводит к необычным значениям g.

на 1 МС больше, чем в наших структурах) привело

Чтобы проверить эту гипотезу, мы провели ис-

к тому, что КТ, сформированные в работе [5], обра-

следования намагниченности образца В2 с исполь-

зуют группы и цепочки близко расположенных КТ.

зованием магнитометра MPMSXL SQUID системы

Каждая из этих групп эффективно формирует еди-

(Quantum Design) с магнитным полем в плоскости

ный магнитный домен, который обеспечивает гисте-

образца. Чтобы увеличить магнитный отклик, ис-

резис. В наших структурах, из-за большего средне-

следовался составной образец из 4-х пластинок ис-

го расстояния между КТ, они магнитно изолированы

следуемой структуры. Размер образцов был таким

друг от друга, что приводит к отсутствию гистерези-

же, как и в измерениях ЭПР. Мы исследовали тем-

са. По-видимому, по той же причине не наблюдается

пературную зависимость намагниченности в экспе-

гистерезис и для структур с Ge_1-xMn_x КТ, исследо-

рименте по охлаждению в магнитном поле 0.05 Тл

ванных в работе [2].

(field cooling - FC). Для исключения вклада подлож-

Таким образом, в данной работе было обнаруже-

ки кремния измерялся тестовый образец без КТ с той

но, что присутствие Mn в Ge/Si структурах c КТ вы-

же массой и геометрией. Намагниченность слоев с

зывает существенную модификацию спектров ЭПР.

КТ определялась как результат вычитания намагни-

Наблюдаемые эффекты вызваны (i) уменьшением

ченности тестового образца из намагниченности об-

деформаций в системе из-за Ge-Si перемешивания,

разца B2. В пределах точности измерений (±6.0 ×

(ii) увеличением характерного размера КТ и измене-

× 10^-7A· м²/кг) намагниченность слоев с КТ не за-

нием их формы, (iii) существованием дополнитель-

висит от температуры в диапазоне 5-300 К и состав-

ного магнитного поля, связанного с атомами Mn в

ляет ≈ (1.2-1.3) · 10^-5 (A · м²/кг). Мы провели изме-

КТ. Сравнение результатов ЭПР с данными по из-

рения намагниченности M(H) при 100 К и при ком-

мерению намагниченности позволяет заключить, что

натной температуре (рис. 4). Оба эксперимента по-

оптимальная концентрация Mn для формирования

магнитной фазы в КТ близка к 2 %. При условии

формирования КТ при T_QD = 400^◦С проявляемые

магнитные свойства можно отнести к магнитной фа-

зе внутри КТ.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проек-

ты #16-02-00397, 16-02-00175) и госзадания #0306-

2016-0015.

Авторы благодарят Ю.А. Живодкова за проведе-

ние исследований методом ЭДРС, В.А. Володина за

проведение исследований методом КРС.

1. F. Xiu, Y. Wang, J. Kim, A. Hong, J. Tang, A. P. Jacob,

J. Zou, and K. L. Wang, Nature Mater. 9, 337 (2010).

Рис. 4. Кривая намагниченности M(H), полученная

2. J. Kassim, C. Nolph, M. Jamet, P. Reinke, and J. Floro,

при комнатной температуре (RT) для образца B2

J. Appl. Phys. 113, 073910 (2013).

3. L. Wang, T. Liu, Q. Jia, Z. Zhang, D. Lin, Y. Chen,

казали намагниченность насыщения приблизитель-

Y. Fan, Z. Zhong, X. Yang, J. Zou, and Z. Jiang, APL

но 5 µ_B/(ион Mn). Поскольку исследования СПЭМ

Materials 4, 040701 (2016).

этого образца показывают отсутствие включений Mn

4. D. Gastaldo, G. Conta, M. Coisson, G. Amato,

и кластеров его соединений, то намагниченность об-

P. Tiberto, and P. Allia, AIP Advances 8, 056414 (2018).

разца может быть связана с атомами Mn, содержа-

5. T. K. P. Luong and A. M. Nguyen, Communications in

щимися в Ge КТ. Гистерезис в зависимости намагни-

Physics 24, 69 (2014).

Письма в ЖЭТФ том 109 вып. 3 - 4

2019