РНФ 23-12-00205

Целью проекта является поиск и исследование эффектов и явлений, обусловленных спин-спиновыми взаимодействиями в разбавленных магнитных полупроводниках (РМП), проявляющих одновременно как полупроводниковые, так и магнитные свойства. Обменное взаимодействие носителей заряда с локализованными магнитными ионами в магнитных и разбавленных магнитных полупроводниках, а также многочастичное взаимодействие магнитных ионов друг с другом порождает многообразие магнитооптических, транспортных и спиновых эффектов. Такие материалы проявляют богатый спектр необычных свойств, которые привлекательны сами по себе, а также открывают новые функциональные возможности для приборных приложений.

Планируемые исследования находятся в русле нового направления – спинтроники, главным условием для разработки потенциальных приложений которого является глубокое понимание процессов спиновой поляризации и релаксации в полупроводниковых структурах. С этой целью планируются всесторонние исследования спиновой динамики различными методами – как стационарными, типа оптической ориентации спинов и эффекта Ханле, так и импульсными (метод накачка – зондирование). В этих экспериментах мы изучим процессы быстрой передачи спина (например, фотовозбужденых носителей) в решетку (фононы, магнитные атомы) и эволюцию спина в магнитном поле. Этот круг задач лежит в основе полупроводниковой спиновой электроники и сверхбыстрого магнетизма. Мы планируем изучать не только объемные материалы, но и квантовые точки, квантовые ямы, двойные квантовые ямы с регулируемой силой взаимодействия между спиновыми подсистемами.

В дополнение к оптическим методам мы также планируем применить магнитотранспортные методы и таким образом расширить возможности наших экспериментов. Спин-орбитальное и обменное взаимодействия делают транспорт чувствительным методом исследования спин-зависимых явлений. Так, теория предсказывает, что в условиях спинового эффекта Холла (СЭХ) величина магнитосопротивления пропорциональна спиновой поляризации электронов. Это предсказание будет экспериментально подтверждено в образцах GaAs, легированных донорами и тем самым осуществлена электрическая регистрация СЭХ. Этот результат откроет возможность практического использования эффекта, поскольку позволяет одновременно создавать и регистрировать спиновую поляризацию электрически. Другая задача, решаемая в проекте, связана со спин-зависимым обменным рассеянием и (или) со спин-зависимой рекомбинацией. Будет также исследован магнитотранспорт в разбавленных магнитных полупроводниках и наноструктурах при рассеянии носителей на магнитных примесях и магнитных кластерах. Объектами исследования будут квантовые ямы типа CdMnTe/CdMgTe с двумерным электронным газом и объемные кристаллы CdMnTe с различными концентрациями магнитных атомов, в том числе в фазе спинового стекла. Цель этих экспериментов – обнаружить предсказанные теоретически (в том числе участниками проекта) необычные явления в транспорте электронов в таких системах (топологический эффект Холла, магнитосопротивление и др.). В ряде случаев предсказывается существенный вклад от корреляций рассеяния на неколлинеарных магнитных текстурах, например, при рассеянии электронов на кластерах в спиновом стекле. Предлагается также теоретически и экспериментально исследовать транспорт электронов (в том числе поляризованных) в нестандартной геометрии, когда магнитное поле направлено вдоль плоскости квантовой ямы и коллинеарно с током. В такой геометрии магнитное поле не влияет на орбитальное движение электронов в квантовой яме, но поляризует их, и становится возможным явным образом исследовать спин-зависимые вклады в проводимость двумерного электронного газа, связанные, в том числе, с магнитными неоднородностями. Представляется возможным исследовать влияние магнитных текстур на транспорт электронов в такой конфигурации, исследовать возможность управления им с помощью внешнего магнитного поля и температуры.