Электронография высокотемпературного алмазоподобного ферромагнетика на основе кремния с самоорганизованным сверхрешеточным распределением примеси марганца

Представлены новые данные о структуре разбавленного магнитного полупроводника (РМП) Si:Mn с точкой Кюри до $500$ К, синтезированного лазерным методом. Применены высокоразрешающая электронная микроскопия и дифракция в направлениях $\langle110\rangle$ и $\langle100\rangle$ эпитаксиальных слоев РМП Si:$15\,\%$ Mn с устранением вклада от GaAs подложки и интерфейса. Установлено, что РМП Si:Mn представляет собой ранее не известное соединение переменного состава Si$_{3-x}$Mn$_x$ $(0<x<1)$ с однофазной алмазоподобной структурой, высоким кристаллическим совершенством и самоорганизованным формированием сверхрешеточной структуры с периодом, равным утроенному расстоянию между ближайшими атомными слоями (110) и интервалу между слоями (110), легированными атомами Mn и ориентированными вдоль направления роста пленки Si:Mn. Слои Si:$15\,\%$ Mn (или Si$_{2.5}$Mn$_{0.5}$) состоят из блоков с размерами $15$–$50$ нм со взаимно перпендикулярными ориентациями сверхрешеточных модуляций. Атомы марганца в легированных этой примесью слоях (110) располагаются в виде одноатомных полосок, которые чередуются с кремниевыми одноатомными полосками в согласии с данными рентгеноспектрального анализа и ферромагнитного резонанса. Ферромагнетизм Si$_{3-x}$Mn$_x$ связан со своеобразной моделью примесной зоны.