Совместный проект Центра Гельмгольца с Российским Фондом Фундаментальных Исследований DETI.2 (HRJRG-314 & RFBR #12-02-91321-SIG_a"):

DETI.2: "Дефекты в разбавленных магнитных полупроводниках на основе диоксида титана"

Электронные, оптические и магнитные свойства тонких пленок и наноструктур, изучаемые совместно, находятся в фокусе современных фундаментальных и прикладных исследований. С точки зрения фундаментальных исследований, понимание взаимодействия и взаимовлияния всех вышеперечисленных свойств позволит понять основные механизмы электронных взаимодействий в твердых телах, особенно в отношении новых, еще не изученных явлений. С другой стороны, магнето-оптика и спинтроника являются наиболее важными направлениями развития технологий в области новых способов хранения и обработки информации, а также в области сенсорных технологий.

С этих точек зрения, наиболее важной целью нашего проекта является изучение природы возникновения ферромагнитных свойств в тонких пленках диоксида титана со структурой анатаза, допированного атомами ванадия или марганца. Для этого будут исследованы структурные особенности пленок, т.е. присутствие точечных дефектов или их скоплений в кристаллической матрице; наличие и количество кислородных вакансий; магнитооптические эффекты и электронно/магнетотранспортные свойства.

Проект включает в себя приготовление пленок с различным содержанием кислородных вакансий и различной (вплоть до высокой) проводимостью методом магнетронного напыления. После чего пленки будут допированы атомами ванадия или марганца при помощи ионной имплантации для привнесения в пленку локальных магнитных моментов. Ионная имплантация может быть успешно применена и для создания различных наноструктур, если в процессе имплантации использовать специальные маски, приготовленные при помощи литографии. Для гарантии воспроизводимости результатов, приготовление тонких пленок и их допирование будет параллельно проведено как в HZDR, так и в Московском Университете, однако в МГУ допирование будет проводиться прямым методом во время роста пленки.

Полученные пленки будут аттестованы как стандартными методами рентгеновской дифракции для определения структурных параметров, наличия вторичных фаз и качества кристаллической решетки, так методами магнетометрии для определения полевых и температурных зависимостей намагниченности. Дополнительно будет использована спектроскопия аннигиляции позитронов для изучения протяженных дефектов пленки на локальной шкале. Полученные результаты будут сопоставлены с результатами измерений электронного парамагнитного резонанса для понимания процесса эволюции дефектов в системе. Элементно-селективные измерения позволят определить зарядовые состояния примесей ванадия и марганца, а также наличие или отсутствие у них локального магнитного момента, что поможет установить природу магнитных свойств системы в целом. Магнитные свойства будут также проанализированы магнито-оптическими и магнитотранспортными методами.

Основной целью всех этих исследований является более глубокое понимание механизмов магнитного взаимодействия в таких системах и возможное их применение в прикладных науках после окончания фундаментальных исследований в рамках текущего DETI.2 проекта.

Благодарности:

Проект поддержан Инициативным Совместным Грантом Центра Гельмгольца HRJRG-314 и Российским Фондом Фундаментальных Исследований #12-02-91321-СИГ_a.

Acknowledgements:

This work is supported by the Initiative and Networking Fund of the German Helmholtz Association, Helmholtz-Russia Joint Research Group HRJRG-314, and the Russian Foundation for Basic Research, RFBR #12-02-91321-SIG_a.