半導体キャリヤーと磁性イオンの相互利用

半导体载体与磁性离子的相互利用

• 批准号: 11125201
• 负责人: 酒井 治
• 金额: $ 0.7万
• 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 (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11125201/
• 关键词: 磁性半導体; 強磁性; トンネル効果; 低濃度キャリヤー; 磁化; 量子ドット; マグネテックポーラロン

MnドープGaAsや希土類磁性半導体ではキャリヤー媒介による強磁性が発生する。キャリヤー媒介による磁性イオン間相互作用の標準模型としてRKKYモデルがある。しかし、導出にあたり、フェルミエネルギーが大きいとし、磁性イオンとキャリヤーの相互作用は摂動理論の最低次の近似で取り扱われている。半導体キャリヤーのフェルミエネルギーはむしろ小さい。局在スピンの強磁性クラスター等の形成により、キャリヤーは大きな摂動効果をうけ、その場所に局在する。これによる電子スピン分極の増加はさらに強磁性クラスターの安定性を強め、いわゆる磁気ポーラロンの形成が期待される。このような状態の重要性は以前から認識されていたが、磁性イオンの熱揺らぎと、それにともなう電子状態の変化を正しく取り入れた研究は従来行われていなかった。本研究では、与えられたスピン配位にたいし、電子状態は数値的に正しく対角し、これをもとにギブス因子を求め、古典モンテカルロ法により局在スピン系の状態を生成するという計算法を開発した。温度上昇にたいし、自発磁化は低温で一旦急激に減少し、その後緩やかに減少した後、キュリー温度で消失する。この様子は低濃度キャリヤー磁性半導体の磁化の振る舞いと合致することを示した。キャリヤーは単独の磁気ポーラロンや、それらの結合した磁気ポーラロン分子状態、むしろ強磁性ドメイン的な状態になることなどを絶えず繰り返していることが分った。その他に、量子ドットにおけるトンネル効果の実験の解析を行い近藤効果の役割を明らかにした。

载体介导的铁磁性发生在Mn掺杂的GAA和稀土磁性半导体中。 Rkky模型是载体介导的磁离子相互作用的标准模型。但是，当得出时，假设费米能量很大，并且磁离子和载体之间的相互作用是通过扰动理论的最低级近似来处理的。半导体载体的费米能很小。局部旋转等的铁磁簇的形成导致载体发生较大的扰动效果并在那里定位。电子自旋极化的增加进一步增强了铁磁簇的稳定性，并有望形成所谓的磁性极性。这种状态的重要性已经确认了一段时间，但是没有正确地进行研究，即融合了磁离子的热波动和电子状态的结果变化。在这项研究中，我们开发了一种计算方法，其中电子状态通过给定的自旋配位在数值上正确地对角正确，并基于此，我们发现了Gibbs因子并使用经典的Monte Carlo方法生成局部自旋系统的状态。为了响应温度升高，在低温下自发磁化会急剧降低，然后缓慢降低，然后在居里温度下消失。该条件表明，它与低浓度载体磁性半导体的磁化行为匹配。已经发现，载体不断重复单个磁性极性，它们的磁性偏振子分子状态或铁磁域状态。此外，我们分析了量子点中隧道效应的实验，以阐明近藤效应的作用。

项目成果

Osamu Sakai: "Kondo Effect in Electron Tunneling through Quantum Dots"Proceedings of the 4th International Symposium on Advanced Physical Fields : Quantum henomena in Advanced Materials at High Magnetic Fields, March 9-11, 1999, Tsukuba, Japan ed. G. Kido

Osamu Sakai：“Kondo Effect in Electron Tunneling through Quantum Dots”第四届先进物理场国际研讨会论文集：高磁场先进材料中的量子现象，1999 年 3 月 9-11 日，日本筑波编辑。

Wataru Izumida: "Kondo Effect Double Quantum Dot Systems"Physica B. (印刷中). (2000)

Wataru Izumida：“近藤效应双量子点系统”Physica B.（印刷中）。

Wataru Izumida: "Kondo Effect in Electron Tunneling Through Quantum Dots"Physica B. (印刷中). (2000)

Wataru Izumida：“通过量子点的电子隧道效应”Physica B.（出版中）。

Wataru Izumida: "Kondo Effects in Quantum Dots Systems"Physica, B.. 259-261. 215-216 (1999)

Wataru Izumida：“量子点系统中的近藤效应”物理学，B.. 259-261。

Kenichi Nishizawa: "Magnetic and Transport Properties of Low Desity Carrier Ferromagnetic Semiconductors"Physica B. (印刷中). (2000)

Kenichi Nishizawa：“低密度载流子铁磁半导体的磁性和传输特性”Physica B.（出版中）。