Моносилициды переходных металлов (CrSi, FeSi, CoSi) привлекают внимание как сильно коррелированные материалы для термоэлектроники и спинтроники с теоретической и экспериментальной точек зрения [1,2]. Однако ультратонкие (УТ) пленки FeSi с точки зрения транспорта носителей только начали исследоваться [2,3]. УТ пленки CrSi еще не ис-следовались.
В данной работе выращены УТ и тонкие пленки FeSi и CrSi на подложках Si(111) с толщинами от 3 нм до 7 нм методом твердофазной эпитаксии при Т=350 оС в условиях сверхвысокого вакуума (СВВ) – 2×10-10 Торр. Исследования кристаллической структуры ме-тодами РД и ВР ПЭМ показали формирование эпитаксиальных пленок с кубической и мо-ноклинной структурами. Проведены исследования низкотемпературного транспорта (2-300 К). Установлено (Рис. 1), что высокоомная подложка FZ1000 после СВВ-очистки при 1150 оС изменяет тип проводимости с n- на p-тип и сильно падает слоевое сопротивление (FZ1000_flash). Определен диапазон температур (2 – 30К), где шунтирование отсутствует. Выращенные УТ пленки продемонстрировали логарифмический характер проводимости от 2 К до 30 К (Рис. 1). Исследование магнетотранспорта показали, что для пленок FeSi при Т≤30 К наблюдается отрицательное магнетосопротивление, что соответствует механизму слабой 2D локализации, а для УТ пленок CrSi данный эффект отсутствует. Установлено, что УТ пленки FeSi являются полупроводником при Т=40-100 К с Eg≈14.8 мэВ и переходом в металлическую 2D проводимость ниже 30 К. УТ пленки CrSi проявляют металлическую 2D проводимость ниже 30 К.
В области температур 100 - 450 К исследованы транспорт и термо-эдс в УТ пленках FeSi и CrSi и установлено, что максимальным коэффициентом Зеебека (100-200 мкВ/К) об-ладают пленки с минимальной толщиной, что дает максимум фактора мощности величиной до (3-5) мВт/(м×К2) при Т=100-250 К. Поведенные первопринципные расчеты теплопровод-ности нанопроволок FeSi и CrSi показали, что при Т=100-200 К ее величина составляет 4-8 Вт/(м×К). Фактор ZT для УТ пленок FeSi и CrSi может составить 0.4–0.5 при 200 - 250 K.
Впервые для УТ пленок FeSi и CrSi обнаружено слабое ферромагнитное упорядоче-ние, которое сохраняется в диапазоне от 3 К до 300 К и имеет в основном перпендикуляр-ную пленке ориентацию. Предположено, что появление ферромагнитного упорядочения обусловлено поверхностью или границей раздела пленка-подложка или атомами Fe (Cr) в решетке.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ №22-12-00036 (https://rscf.ru/project/22-12-00036).
Литература
1. D.A. Pshenay-Severin, A.T. Burkov. Electronic structure of B20 (FeSi-type) transi-tion-metal monosilicides // Materials 12, 2019, 2710(1-20)
2. Y. Fang, S. Ran, Evidence for a conducting surface ground state in high-quality single crystalline FeSi, PNAS Latest Articles 115, 2018, 8558(1-5)
3. N.G. Galkin, D.B. Migas, a.o. New monoclinic ground state of FeSi // Computational Materials Science, 233, 2024, 112762(1-14)