Отрицательное магнетосопротивление в сильных магнитных полях в углеродной наноструктуре, полученной методом PECVD
Министерство образования Республики Беларусь, Государственная программа научных исследований Республики Беларусь «Фотоника и электроника для инноваций» на 2021–2025 годы, подпрограмма «Микро- и наноэлектроника», 20212560
Харченко А.А.
1, Федотов А.К.
1, Федотова Ю.А.
11Институт ядерных проблем Белорусского государственного университета, Минск, Республика Беларусь
Email: XaaTM@mail.ru, akf1942@gmail.com, julia@hep.by
Поступила в редакцию: 31 декабря 2024 г.
В окончательной редакции: 19 июля 2025 г.
Принята к печати: 23 сентября 2025 г.
Выставление онлайн: 21 октября 2025 г.
Исследован отрицательный магнеторезистивный эффект (ОМР), наблюдаемый в квазидвухмерных графитовых слоях, на поверхности которых были сформированы островки-зародыши вертикального графена (VGN) с высокой плотностью парамагнитных дефектов (ПМЦ) с нескомпенсированными спинами. Предложена гипотеза возможной причины наблюдения ОМР, который формально описывается теорией квантовых поправок к проводимости Друде при ориентации магнитного поля перпендикулярно плоскости слоя. Модель основана на предположении, что магнитный поток Phi распределен неоднородно вдоль плоскости C-слоя из-за того, что островки фазы VGN содержат высокую плотность ПМЦ с нескомпенсированными спинами. В окрестности скоплений ПМЦ индуцируются ферромагнитные области вследствие параллельного выстраивания спинов на ПМЦ за счет обменного взаимодействия. Предполагается, что описанное перераспределение магнитного потока Phi должно приводить к его концентрации в областях расположения островков-зародышей VGN-фазы и его сильное ослабление (разреженность) между островками. Это и объясняет наблюдение ОМР эффекта, описываемого теорией квантовых поправок, при высоких значениях даваемого сверхпроводящим соленоидом внешнего магнитного поля B (до 8 T), хотя в действительности большая часть проводящего C-слоя фактически находится в сильно ослабленном поле. Ключевые слова: квантовые поправки к проводимости, слабая локализация, отрицательный магнеторезистивный эффект, вертикальный графен, углеродная наноструктура, магнетизм в углеродных структурах.
- X. Zhang, Q. Xue, D. Zhu. Physics Letters A 320, 471 (2004)
- Y. Hishiyama, H. Irumano, Y. Kaburagi, Y. Soneda. Phys. Rev. B 63, 245406 (2001)
- Y. Kaburagi, Y. Hishiyama. Carbon 36, 1671 (1998)
- E. McCann, K. Kechedzhi, V.I. Fal'ko, H. Suzuura, T. Ando, B. Altshuler. Phys. Rev. Lett. 97, 146805 (2006)
- O. Mermer, G. Veeraraghavan, T. Francis, Y. Sheng, D. Nguyen, M. Wohlgenannt, A. Kohler, M.K. Al-Suti, M.S. Khan. Phys. Rev. B 72, 205202 (2005)
- A.S. Alexandrov, V.A. Dediu, V.V. Kabanov. Phys. Rev. Lett. 108, 186601 (2012)
- E. Andrade, F. Lopez-Uri as, G.G. Naumis. Phys. Rev. B 107, 235143 (2023)
- C. Zhao, Q. Huang, L. Valenta, K. Eimre, L. Yang, A.V. Yakutovich, W. Xu, J. Ma, X. Feng, M. Jur cek, R. Fasel, P. Ruffieux, C.A. Pignedoli. Phys. Rev. Lett. 132, 046201 (2024)
- R. Sakano, T. Hata, K. Motoyama, Y. Teratani, K. Tsutsumi, A. Oguri, T. Arakawa, M. Ferrier, R. Deblock, M. Eto, Kensuke Kobayashi. Phys. Rev. B 108, 205147 (2023)
- А.И. Романенко, О.Б. Аникеева, А.В. Окотруб, Л.Г. Булушева, В.Л. Кузнецов, Ю.В. Бутенко, А.Л. Чувилин, C. Dong, Y. Ni. ФТТ 44, 3, 468 (2002)
- R. Ur Rehman Sagar, X. Zhang, J. Wang, C. Xiong. J. Appl. Phys. 115, 123708 (2014)
- K. Kusakabe, M. Maruyama. Phys. Rev. B 67, 092406 (2003)
- P. Esquinazi, Handbook of magnetism and advanced magnetic materials, vol. 4 (2007)
- J. v Cervenka, C. Flipse. Phys. Rev. B 79, 195429 (2009)
- S. Ghosh, K. Ganesan, S. R. Polaki, T. Ravindran, N.G. Krishna, M. Kamruddin, A. Tyagi. J. Raman Spectrosc. 45, 642 (2014)
- S.K. Behura, I. Mukhopadhyay, A. Hirose, Q. Yang, O. Jani. Phys. Status Solidi A 210, 1817 (2013)
- J. Zhao, M. Shaygan, J. Eckert, M. Meyyappan, M.H. Rummeli. Nano Lett. 14, 3064 (2014)
- E. Rajackaite, D. Peckus, R. Gudaitis, M. Andruleviv cius, T. Tamuleviv cius, D. Volyniuk, v S. Mev skinis, S. Tamuleviv cius. Surface and Coatings Technology 395, 125887 (2020)
- E. Rajackaite, D. Peckus, R. Gudaitis, T. Tamuleviv cius, S. Mev skinis, S. Tamuleviv cius. Surfaces and Interfaces 27, 101529 (2021)
- А.А. Максименко, Е. Раяцкайте, Ш. Мешкинис, Т. Тамулевичюс, С. Тамулевичюс, А.А. Харченко, А.К. Федотов, Ю.А. Федотова. Журнал БГУ. Физика 3, 89 (2020)
- L. Zhang, Z. Sun, J.L. Qi, J. Shi, T. Hao, J. Feng. Carbon 103, 339 (2016)
- S. Ghosh, K. Ganesan, S. Polaki, T. Mathews, S. Dhara, M. Kamruddin, A. Tyagi. Appl. Surf. Sci. 349, 576 (2015)
- Ю.А. Федотова, А.А.Харченко, А.К. Федотов, М.В. Чичков, В.Д. Малинкович, А.О. Конаков, С.А. Воробьева, Ю.В. Касюк, В.Э. Гуменник, M. Kula, M. Mitura-Nowak, А.А. Максименко, J. Przewoznik, Cz. Kapusta. ФТТ 62, 2, 368 (2020)
- A. Fedotov, V. Shepelevich, I. Svito, V. Sivakov. Phys. Rev. B 97, 075204 (2018)
- Т.А. Полянская, Ю.В. Шмарцев. ФТП 23, 1, 3 (1989)
- V. Pudalov. Proceedings of the International School of Physics "Enrico Fermi" 157, 335 (2004)