希薄磁性半導体の磁性と電子状態のモンテカルロ法による研究

稀磁半导体磁性和电子态的蒙特卡罗研究

• 批准号: 15034213
• 负责人: 酒井 治
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15034213/
• 关键词: 磁性半導体; モンテカルロ法; スピングラス; アンダーソン局在; RKKY模型; 2重交換相互作用; 磁気ポーラロン; 磁性合金

本課題の目的はモンテカルロ法を援用して希薄磁性半導体の電子状態と磁性の発現の特徴を解明することである。希薄磁性半導体は、温度や外部磁場によるスピン状態の制御に応じて電子状態が大きな摂動をうけ、様々に性質を変え、応用上から注目されている。一方では、いくつかの物理的に重要な基本問題内包されている。希薄な磁性イオンの空間分布とスピン配位の温度揺らぎから生じる、電子の感じるポテンシャルの空間的な揺らぎが大きく、電子系は強い影響を受ける。電子系のエネルギーは、また、スピン系の有効エネルギーとして、スピン配位の出現確率にフィードバックする。アンダーソン局在とその状態の電子系のエネルギーを有効相互作用とするスピングラスの問題が関連して発現することになる。自縄自縛のマグネテックポーラロン状態の出現などが予想されている。本研究では電子にたいするポテンシャルの揺らぎを出来るだけ忠実に取りいれた計算を行い、空間的な揺らぎ効果が、磁性の発現にどのような影響を持つか調べた。当初はモンテカルロ法の適用を計画していたが、スピングラス問題に関連した準安定状態の出現が計算を困難にしていることが明らかになった。このため取り扱う系のサイズは小さなものに限定されるが、計算上の信頼性は保障されるように、すべてのスピン配位を数えて、熱統計平均をとる方法を適用した。いくつかの磁性半導体で、磁気転移温度が高くなる理由として不純物バント形成による2重交換相互作用の機構が提唱されている。これらはCPAと分子場理論に基礎を置いている。しかし、揺らぎ効果を取り入れた今回の研究では、高い強磁性転移温度が得られるのは、不純物帯の形成される領域ではないことが明らかになった。強磁性は、バント端に共鳴的な高状態密度領域があり、RKKY的な描像と二重交換相互作用描像の遷移領域に現われる。その他の課題として、動的平均場法による磁性合金の磁性発現への電子相関効果、量子ドットにおけるスピンクロスオーバー領域のトンネル異常の理論の発展を行なった。

该主题的目的是使用Monte Carlo方法阐明电子状态的特性和稀释磁性半导体的磁性表达。稀释磁性半导体对通过外部磁场对温度和控制状态的控制，在电子状态下受到严重的扰动，并以各种方式改变了其性能，从而引起了应用的关注。一方面，存在一些物理上重要的基本问题。稀磁离子的空间分布和自旋配位中温度波动的空间分布较大，并且电子系统受到强烈影响，因此电子系统的空间波动感知到了。电子系统的能量还可以回溯到发生自旋配位作为自旋系统的有效能量的可能性。 Spinglass的问题（Anderson定位和该状态的电子系统的能量）是有效的相互作用，这与Spinglass的问题有关。预计将出现被自动绳索绑住的Magnetec Polaron状态。在这项研究中，进行了计算，以尽可能忠实地融合电子电位的波动，并研究了空间波动效应如何对磁性的发展产生影响。最初，计划应用蒙特卡洛方法，但已经揭示了与spinglass问题相关的亚稳态状态的外观使计算变得困难。因此，尽管所处理的系统的大小仅限于较小，但采用了一种方法来计算所有自旋配位，并应用了热统计平均值以确保计算可靠性。已经提出了由于杂质外博的形成而引起的双重交换相互作用的机制，这是某些磁性半导体中高磁过渡温度的原因。这些基于CPA和分子场理论。但是，这项结合波动效应的研究表明，在形成杂质带的区域中未达到高铁磁过渡温度。铁磁性在邦特边缘具有共鸣的状态区域的共振高密​​度，并出现在rkky样和双交换相互作用图像的过渡区域中。其他问题包括通过动态平均场方法对电子相关性对磁合金的磁性表达的影响，以及量子点中自旋跨界区域中隧道异常的理论。

项目成果

R.Shiina, H.Shiba, P.Thalmeier, A.Takahashi, O.Sakai: "Theoy of Multipolar Excitations and Neutron Scattering Spectra in CeB_6"J.Phys.Condens Matter. 15. S2263-S2266 (2004)

R.Shiina、H.Shiba、P.Thalmeier、A.Takahashi、O.Sakai：“CeB_6 中的多极激发理论和中子散射谱”J.Phys.Condens Matter。

R.Shiina: "Ordering and Fluctuation of Quantum Multipoles in CeB_6"Acta Physica Polonica. B34. 1089-1092 (2003)

R.Shiina：“CeB_6 中量子多极子的排序和涨落”Acta Physica Polonica。

O.Sakai, W.Izumida: "Study on the Kondo Effect in the Tunneling Phenomena through a Quantum Dot"Physica. B328. 125-130 (2003)

O.Sakai、W.Izumida：“通过量子点隧道现象中的近藤效应研究”物理学。

F.Ishiyama, O.Sakai: "Theory on the Stability of the Ferromagnetic Doouble Layer Structure and on the Peak Structure of the Magneto-Optical Spectra of CeSb"J.Phys.Soc.Jpn. 72・5. 1216-1255 (2003)

F.Ishiyama、O.Sakai：“关于铁磁双层结构的稳定性和 CeSb 磁光光谱的峰值结构的理论”J.Phys.Soc.Jpn 72・5（2003 年） ）

Yukihiro Shimizu: "An Application of the dynamical mean field approximation to ferromagnetic alloys"J.M.M.M. (印刷中). (2003)

Yukihiro Shimizu：“动态平均场近似在铁磁合金中的应用”J.M.M.M（出版中）。