Электрические и магнитные характеристики оксида цинка, имплантированного ионами кобальта

Abstract

Implantation of 40 keV Co+ ions with fluences (0,5–1,5)•1017 cm–2 at ion current density of 4 A/cm2 into the monocrystalline ZnO substrates in order to modify electron-transport and magnetic properties has been performed. Transition from insulating to metallic regime of conduction due to the formation of a conductive percolation cluster of metallic inclusions at fluence 1,5•1017 cm–2 has been observed. On the dielectric side of the insulator to metal transition magnetism of the modified layer is caused by the formation of magnetic ordering in the potential wells of the conductivity band relief owing to a strong s-d-interaction of the electrons with cobalt atoms. On the metallic side of transition it appears due to the formation of a ferromagnetic percolation cluster. Correlation between coercive forces of the magnetic hysteresis loops and magnetoresistive effect has been found on the metallic side of the insulator to metal transition. - Монокристаллические пластины оксида цинка имплантированы ионами кобальта с энергией 40 кэВ в интервале доз (0,5–1,5) • 1017 cм–2 при плотности ионного тока j = 4 мкA/cм2 с целью модификации электронно-транспортных и магнитных характеристик. При дозе имплантации 1,5•1017 см–2 обнаружен немоттовский переход диэлектрик – металл, вызванный образованием перколяционного проводящего кластера из металлических включений. При диэлектрическом режиме проводимости магнетизм модифицированного слоя обусловлен формированием магнитного упорядочения в потенциальных ямах флуктуаций дна зоны проводимости из-за сильного s-d-взаимодействия электронов с атомами кобальта, в то время как на металлической стороне перехода – образованием проводящего ферромагнитного кластера. Обнаружена корреляция коэрцитивных сил петель гистерезиса намагниченности и магниторезистивного эффекта на металлической стороне перехода.