„GaAs:Mn nanowires grown by molecular beam epitaxy of (Ga,Mn)As at MnAs segregation conditions“

J. Sadowski, P. Dłużewski, S. Kret, E. Janik, E. Łusakowska, J. Kanski, A. Presz, F. Terki, S. Charar, D. Tang

Nano Letters, vol. 7, no. 9, pp. 2724-2728 (2007)

W pracy przedstawiono nanodruty GaMnAs otrzymane metodą wzrostu epitaksjalnego z wiązek molekularnych w warunkach prowadzących do tworzenia się wydzieleń MnAs. Powstawanie w pierwszej fazie wzrostu wysp MnAs na powierzchni GaAs badane było za pomocą mikroskopu sił atomowych. Następnie zmiana charakteru wzrostu z dwu wymiarowego na trój wymiarowy kontrolowana była za pomocą obrazów odbiciowej dyfrakcji wysokoenegertycznej wiązki elektronowej RHEED. Morfologia otrzymanych nanodrutów określona została za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego z działem o emisji polowej FESEM. Nanodruty miały kształt wydłużonego trapezoidu o wysokości rzędu 700 nm i o średnicy 30 nm u podstawy, od strony podłoża, oraz 7nm u wierzchołka. Kierunek nanodrutów pokrywał się z kierunkiem typu <111> dla podłoża GaAs zarówno dla orientacji (001) jak i (111)B.

Niektóre z nanodrutów wykazywały bardziej złożony kształt polegający na występowaniu odgałęzień w postaci mniejszych nanodrutów wyrastających z pnia, który stanowi nanodrut wyrastający z podłoża GaAs (001). Dzięki zastosowaniu analizy składu chemicznego metodą EDX w transmisyjnym mikroskopie elektronowym z emisja polową (przy współpracy z ośrodkiem FEI w Eidhoven, Holandia) stwierdzono obecność MnAs na końcu nano-drutu (GaMn)As (Rys.1). Fakt ten jest głównym dowodem na potwierdzenie tezy, że wzrost nano-drutów (GaMn)As ma katalityczny charakter. Własności magnetyczne były analizowane za pomocą magnetometru SQUID dla próbek otrzymanych w wyniku wzrostu na podłożu GaAs(001) w temperaturze 320ºC i strumieniu Mn odpowiadającemu 6% koncentracji tego atomu (Rys.2). Uzyskane zależności magnetyzacji od zewnętrznego pola magnetycznego przy temperaturach 170K, 90K, 30K oraz 10K doprowadziły do wniosku, że sygnał ferromagnetyczny widoczny do 170K związany jest z GaMnAs istniejącym zarówno w nanodrutach, jak i w warstwie powstającej na podłożu podczas wzrostu nanodrutów, zaś gwałtowny wzrost magnetyzacji poniżej 30K został powiązany z nanokrystalitami AsMn zlokalizowanymi na końcach nanodrutów.