Percolation ferromagnetism and spin waves in Ge:Mn thin films

Abstract

We studied magnetic properties of thin Ge:Mn films obtained by implantation of Mn + ions into a single crystalline bulk germanium. In the net magnetic moment we were able to separate contributions originating from dispersed Mn 2+ ions, ferromagnetic Mn 5 Ge 3 precipitates, and regions of the germanium matrix enriched with diluted manganese-Mn m Ge n alloys. In the subsystem of dispersed Mn 2+ ions we observed a percolation transition into the ferromagnetic state at T Յ 13 K. Collective excitations, standing spin waves, were also detected below this temperature. The main parameters of the exchange interaction obtained from the analysis of the experimental spin-wave resonance data are consistent with results acquired from static magnetic measurements as well as with theoretical estimations for a percolation ferromagnet. Thus, we demonstrate that low-temperature magnetic properties of group IV magnetic semiconductor can be successfully explained within a magnetic polaron model.

Конкуренция зонного и прыжкового механизмов переноса носителей заряда в тонких пленках Ge : Mn

“…М а г н и т н ы е с в о й с т в а. Магнитные свойства тонких пленок Ge : Mn с различной концентрацией мар-ганца, выращенных при различных температурах, по-дробно были исследованы нами ранее в работах [11,12]. Здесь кратко приведены лишь те экспериментальные результаты, которые необходимы для обсуждения за-кономерностей электронного транспорта образцов во взаимосвязи с их магнитными свойствами.…”

“…2, a). Ранее нами было установлено, что в тем-пературном интервале T = 2−10 K зависимость M(T ) описывается формулой, полученной в рамках теории протекания [11,12]. В основе перколяционной модели лежит предположение о том, что обменное взаимодей-ствие обусловлено локализованными носителями заряда (в случае акцепторной примеси марганца -дырками).…”

“…-концентра-ция дырок [11,12], S = 5/2 -спин ионов Mn 2+ , J -обменный интеграл, T -температура. Из аппрокси-мации были определены значения обменного интеграла J = 66 K, и радиус локализации дырок L = 6 ¦ [11,12].…”

“…Из аппрокси-мации были определены значения обменного интеграла J = 66 K, и радиус локализации дырок L = 6 ¦ [11,12].…”

“…Ранее нами были исследованы тонкие пленки Ge : Mn, полученные методом ионной имплантации [11,12]. В об-разцах наблюдалось две температуры Кюри.…”