Dynamic cluster magnetic subsystems in diluted magnetic semiconductor Ge1–x–ySnxMnyTe

Автор(и)

  • V. Slynko Chernivtsi Branch of Frantsevych Institute for Problems of Materials Science of the NAS of Ukraine, Chernivtsi 58001, Ukraine
  • V. Boledziuk Chernivtsi Branch of Frantsevych Institute for Problems of Materials Science of the NAS of
  • V. Ivanov Chernivtsi Branch of Frantsevych Institute for Problems of Materials Science of the NAS of Ukraine, Chernivtsi 58001, Ukraine
  • O. Sydor Chernivtsi Branch of Frantsevych Institute for Problems of Materials Science of the NAS of Ukraine, Chernivtsi 58001, Ukraine
  • L. Kilanski Institute of Physics, Polish Academy of Sciences, Warsaw PL-02668, Poland
  • M. Arciszewska Institute of Physics, Polish Academy of Sciences, Warsaw PL-02668, Poland

DOI (Low Temperature Physics):


https://doi.org/10.1063/10.0042378

Ключові слова:

diluted magnetic semiconductors, dynamic magnetic susceptibility, mictomagnetic systems, dynamic magnetic clusters

Анотація

Робота присвячена переважно вивченню магнітних властивостей розбавленого магнітного напівпровідника Ge1–x–ySnxMnyTe. Аналіз температурних залежностей дійсної частини динамічної магнітної сприйнятливості Re (χac) виявив характерну «двогорбу» форму кривих, що вказує на існування принаймні двох невпорядкованих магнітних підсистем: спінового скла (лівий пік з параметром Майдоша R ≈ 0) та спін-склоподібної фази (правий пік з R = 0,017). Форму кривих Re(χac) і динаміку їхньої форми зі зміною частоти зовнішнього магнітного поля Hac неможливо пояснити в рамках існуючих уявлень про статичну природу магнітних кластерів. Запропоновано та обґрунтовано принципово новий підхід, згідно з яким форма експериментальних кривих Re (χac) є суперпозицією гаусових кривих, що відповідають чотирьом типам магнітних підсистем, утворених динамічними магнітними кластерами з різними просторовими розмірами: 0D, 1D, 2D та 3D. При температурах T > 0 K ці кластери є динамічними утвореннями, подібними до стоячих хвиль, розмірність яких збільшується від 0D до 3D зі збільшенням температури та амплітуди теплових коливань кристалічної ґратки. У межах запропонованої моделі уточнено поняття температури заморожування спіну TF, яке вказує на початок, а не на завершення цього процесу. Запроваджено поняття критичних температур (TK та β), які є симетричними щодо TF аналогами температур Кюрі (TC) та Кюрі–Вейса (Θ). Введено поняття інтегральної динамічної магнітної сприйнятливості, яке дозволяє кількісно оцінити динаміку кластерних магнітних підсистем під впливом зовнішніх та внутрішніх факторів. Правильність запропонованої моделі підтверджено аналізом залежностей Re (χac)(T) у шаруватих кристалах. У кристалах InSe, інтеркальованих кобальтом, кількість магнітних підсистем зменшується до трьох (0D–2D) порівняно з чотирма підсистемами (0D–3D) в InSe, легованому Mn. Ми пов’язуємо це з обмеженнями, які шарувата кристалічна структура InSe накладає на максимально можливу (2D) розмірність магнітних кластерів Mn в міжшаровому просторі InSe.

Посилання

J. D. Weidman, M. Sajjan, C. Mikolas, Z. J. Stewart, J. Pollanen, S. Kais, and A. K. Wilson, “Quantum computing and chemistry,” Phys. Rev. Res. 5, 102105 (2024). https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2024.102105

R. Han, H. Cheng, D. Wei, and J. Zhao, “Research progress on magnetic random access memory based on Mn-based binary alloys,” Sci. Sin. Phys. Mech. Astron. 56, 227508 (2026). https://doi.org/10.1360/SSPMA-2024-0567

I. Žutić, G. Xu, M. Lindemann, P. E. Faria Junior, J. Lee, V. Labinac, K. Stojšić, G. M. Sipahi, M. R. Hofmann, and N. C. Gerhardt, “Spin-lasers: Spintronics beyond magnetoresistance,” Solid State Commun. 316–317, 113949 (2020). https://doi.org/10.1016/j.ssc.2020.113949

N. Sammut and M. Calvi, “Advances in magnetic sensors and their applications,” Sensors 25, 5590 (2025). https://doi.org/10.3390/s25175590

Y. Guo, X. Zhang, Z. Huang, J. Chen, Z. Luo, J. Zhang, J. Li, Z. Zhang, J. Zhao, X. Han, and H. Wu, “Quantum materials for spintronic applications,” Spintronics 2, 36 (2024). https://doi.org/10.1038/s44306-024-00038-z

J. Krempaský, G. Springholz, S. W. D’Souza, O. Caha, M. Gmitra, A. Ney, C. A. F. Vaz, C. Piamonteze, M. Fanciulli, D. Kriegner, J. A. Krieger, T. Prokscha, Z. Salman, J. Minár, and J. H. Dil, “Efficient magnetic switching in a correlated spin glass,” Nat. Commun. 14, 6127 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41467-023-41718-4

A. O. Leon, J. d’Albuquerque e Castro, J. C. Retamal, A. B. Cahaya, and D. Altbir, “Manipulation of the RKKY exchange by voltages,” Phys. Rev. B 100, 014403 (2019). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.014403

A. Khaliq, R. Minikaev, S. Zakar, M. Arciszewska, A. Avdonin, V. E. Slynko, and L. Kilanski, “Extrinsic anomalous Hall effect in Mn doped GeSnTe semiconductors in the bad-metal hopping regime,” J. Alloys Comp. 976, 172902 (2024). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.172902

Yu. V. Knyazev, D. A. Balaev, S. V. Stolyar, A. O. Shokhrina, D. A. Velikanov, A. I. Pankrats, A. M. Vorotynov, A. A. Krasikov, S. A. Skorobogatov, M. N. Volochaev, O. A. Bayukov, and R. S. Iskhakov, “Magnetically dead layer in interacting ultrafine NiFe2O4 nanoparticles,” J. Magn. Magn. Mater. 613, 172675 (2025). https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2024.172675

A. Podgórni, L. Kilanski, K. Szałowski, M. Górska, R. Szymczak, A. Reszka, V. Domukhovski, B. J. Kowalski, B. Brodowska, W. Dobrowolski, V. E. Slynko, and E. I. Slynko, “Magnetic properties of Ge1–x–yPbxMnyTe cluster-glass system,” J. Alloys Comp. 649, 142 (2015). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.06.208

J. Fransson, “Vibrationally induced magnetism in supramolecular aggregates,” J. Phys. Chem. Lett. 14, 2558 (2023). https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.3c00157

R. E. Camley and M. G. Cottam, “Magnetostatic theory of collective excitations in ferromagnetic and antiferromagnetic superlattices with magnetization perpendicular to the surface,” Phys. Rev. B 35, 189 (1987). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.35.189

V. Slynko, V. Boledzyuk, Z. Kovalyuk, L. Kilanski, W. D. Dobrowolski, and S. Zakar, “Four types of magnetic subsystems in dilute magnetic semiconductors based on A4 B6 and A3 B6 compounds,” HighMatTech-2025: Proceedings of the International Conference on High-Mat-Tech (2025), [in press].

G. Benka, A. Bauer, P. Schmakat, S. Säubert, M. Seifert, P. Jorba, and C. Pfleiderer, “Interplay of itinerant magnetism and spin-glass behavior in FexCr1–x,” Phys. Rev. Mater. 6, 044407 (2022). https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.6.044407

V. Slynko, L. Kilanski, M. Arciszewska, V. I. Ivanov, and M. V. Tovarnytskyi, “Features of dynamic magnetic susceptibility of semimagnetic Ge1–x–ySnxMnyTe solid solutions,” in Abstracts of Papers, X Ukrainian Scientific Conference on Semiconductor Physics (Uzhhorod, 2025), p. 292.

V. Slynko, L. Kilanski, B. Brodowska, O. A. Sydor, and V. M. Vodopyanov, “The influence of the crystal lattice thermal vibrations on the RKKY interaction in Ge1–x–ySnxMnyTe single crystals,” in Abstracts of Papers, X Ukrainian Scientific Conference on Semiconductor Physics (Uzhhorod, 2025), p. 77.

B. Chen, M. Zeng, K. Khoo, D. Das, X. Fong, S. Fukami, S. Li, W. Zhao, S. S. P. Parkin, S. N. Piramanayagam, and S. T. Lim, “Spintronic devices for high-density memory and neuromorphic computing — a review,” Mater. Today 70, 193 (2023). https://doi.org/10.1016/j.mattod.2023.10.004

S. Das, A. Zaig, M. Schultz, and L. Klein, “Stabilization of exponential number of discrete remanent states with localized spin-orbit torques,” Appl. Phys. Lett. 116, 262405 (2020). https://doi.org/10.1063/5.0005964

Phase Diagrams of Binary Metal Systems, edited by N. P. Lyakishev (Handbook, Mashinostroyeniye, 1997).

V. Slynko, L. Kilanski, V. V. Netyaga, S. P. Yurtsenyuk, and A. V. Zaslonkin, The influence of Mn and Sn ions on critical temperatures TC and Tg in semimagnetic semiconductors Ge1–x–ySnxMnyTe, in Abstracts of Papers, X Ukrainian Scientific Conference on Semiconductor Physics (Uzhhorod, 2025), p. 374.

A. Khaliq, S. Lewińska, R. Minikaev, M. Arciszewska, A. Avdonin, B. Brodowska, V. E. Slynko, A. Ślawska-Waniewska, and L. Kilanski, “Magnetic phase diagram of Ge1–x–y(SnxMny)Te multiferroic semiconductors: Coexistence of ferromagnetic and cluster glass ordering,” J. Alloys Comp. 968, 171893 (2023). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.171893

OriginPro, Version 2024, OriginLab Corporation, Northampton, MA, USA (2024).

C. A. M. Mulder, A. J. van Duyneveldt, and J. A. Mydosh, “Susceptibility of the CuMn spin-glass: Frequency and field dependences,” Phys. Rev. B 23, 1384 (1981). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.23.1384

V. Slynko, M. Wójcik, and Ł. Kilanski, Analysis of the NMR spectrum of the compound Ge1–x–yMnxEuyTe, in Abstracts of Papers, IX Ukrainian Scientific Conference on Semiconductor Physics (Uzhhorod, 2023), p. 330.

A. Khaliq, R. Minikayev, M. Arciszewska, A. Avdonin, B. Brodowska, A. Khan, V. E. Slynko, E. I. Slynko, and L. Kilanski, “Spin-glass like magnetic ordering in multiferroics,” J. Magn. Magn. Mater. 544, 168695 (2022). https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2021.168695

L. Kilanski, M. Górska, R. Szymczak, W. Dobrowolski, A. Podgórni, A. Avdonin, V. Domukhovski, V. E. Slynko, and E. I. Slynko, “Cluster altered magnetic and transport properties in Ge1–x–yMnxEuyTe,” J. Appl. Phys. 116, 083904 (2014). https://doi.org/10.1063/1.4893320

V. V. Slyn’ko, A. G. Khandozhko, Z. D. Kovalyuk, V. E. Slyn’ko, A. V. Zaslonkin, M. Arciszewska, and W. Dobrowolski, “Ferromagnetic states in the In1–xMnxSe layered crystal,” Phys. Rev. B 71, 245301 (2005). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.71.245301

G. E. Grechnev, A. V. Logosha, A. S. Panfilov, and I. P. Zhuravleva, “Effects of pressure on magnetic properties of gadolinium,” Physica B 407, 4143 (2012). https://doi.org/10.1016/j.physb.2012.06.038

X. Luo, L. T. Tseng, W. T. Lee, T. T. Tan, N. N. Bao, R. Liu, J. Ding, S. Li, V. Lauter, and J. B. Yi, “Probing the magnetic profile of diluted magnetic semiconductors using polarized neutron reflectivity,” Sci. Rep. 7, 6341 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-06793-w

D. J. Priour, Jr. and S. Das Sarma, “Phase diagram of the disordered RKKY model in dilute magnetic semiconductors,” Phys. Rev. Lett. 97, 127201 (2006). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.97.127201

Downloads

Опубліковано

2025-12-23

Як цитувати

(1)
V. Slynko, V. Boledziuk, V. Ivanov, O. Sydor, L. Kilanski, and M. Arciszewska, Dynamic cluster magnetic subsystems in diluted magnetic semiconductor Ge1–x–ySnxMnyTe, Low Temp. Phys. 52, (2025) [Fiz. Nyzk. Temp. 52, 290–297, (2025)] DOI: https://doi.org/10.1063/10.0042378.

Номер

Том 52 № 2 (2026)

Розділ

Статті

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.