III-V族希薄磁性半導体の電子状態と磁性

III-V族稀磁半导体的电子态和磁性

• 批准号: 11125211
• 负责人: 赤井 久純
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Osaka 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-11125211/
• 关键词: 希薄磁性半導体; II=VI; III-V超格子; ガイウム・マンガン・砒素; カドミウム・マンガン・テルル; キャリア誘起強磁性; 二重交換相互作用; 第一原理計算; KKR-CPA-LDA

III-V族希薄磁性半導体(Ga_<1-x-y-z>Mn↑_xMn↓_yX_z)As混晶,およびIII-V/III-Vタイプ希薄磁性半導体格子(In_<1-x-y>Mn↑_xMn↓_y)As/(Al_<1-z>Be_z)Sb,II-VI/III-Vタイプ希薄磁性半導体超格子(Cd_<1-x-y>Mn↑_xMn↓_y)Te/(Al_<1-z>Y_z)(As_<1-w>Z_wの電子状態をKKR-CPA法および密度汎関数法の局所近似にもとづいて第一原理的に計算した.ここでMn↑とMn↓はそれぞれ磁化にたいして平行および反平行な局所磁気モーメントを持ったマンガン原子,XはAsでIII族位置に入ったV族不純物原子,Y,Z,はC,Si,GeなどのIV族元素である.(Ga,Mn)AsではMnはアクセプタとなりp型伝導を示すが(Cd,Mn)Te/(Al,X)(As,Y)ではXやYの濃度がゼロの時にはキャリアが存在しない.いずれも不純物濃度z,wを変えることによってキャリア濃度を調整することができる.キャリア濃度の高いところでは系は強磁性,キャリア濃度の低いところでスピングラス相を生じる.上向きモーメント,下向きモーメントを持つMn原子が不規則に存在する可能性を考慮した計算を行い,以下の結論を得た.・(Ga,Mn)Asではzの小さいところでキャリア濃度は高く,強磁性が安定である.Zの増加とともにキャリア濃度は減少し,dホールの消失にともないスピングラス相が安定化される.・強磁性が生じるメカニズムは二重交換相互作用の一形態である.低キャリア濃度でスピングラス相が安定化する理由は二重交換相互作用の禁止によって,超交換相互作用のみが働くためである・(In,Mn)As/(Al,Be)Sbではz=0においても強磁性が安定である.以前の結果ではこのときスピングラス相が安定であったが計算精度の向上によって結論が変わった.Zの増加とともに,InAs層に対するキャリア注入が起こり,強磁性が安定化される.強磁性の安定化に関しては以前の結論と変わりない.・(Cd,Mn)Te/(Al,X)(As,Y)においてn型ドーピングをしても(Cd,Mn)Te層にはd成分をもったキャリアは注入されず,強磁性は起こらない.XとしてCを用いるホールドーピングとなり,約10%程度のC添加で強磁性が発生する。YとしてCを用いて不純物準位が価電子帯のすぐ上に出来るためにある程度の濃度をいれるとやはりホールドーピングとして働く.このためXとYの両方にCを用いると容易に強磁性が安定化される.

IIII-V组稀释磁性半导体的电子状态（Ga_ <1-X-Y-Z> Mn↑_xmn↓_YX_Z）作为混合晶体和IIII-V/III-V型稀释磁性半导体晶格II-VI/III-V型稀释磁性半导体超晶格（CD_ <1-X-Y> Mn↑_xmn↓_y _y）TE/（Al_ <1-Z> y__z）（AS_ <1-Z> y_z）基于KKR-CPA方法和义务函数的局部近似值和MN的近似值和MN×MN℃，在第一个原理中计算出第一个原理。分别是磁化。合っています。英语：一组AS，X的锰原子是III组的V组杂质原子，Y，Z和其他IV组元素，例如C，SI和GE中的GA，MN，Mn是一个受体，并且在P-Type demistor中，但在（cd，cd）中（Al）（Al）， X和Y在两种情况下都是零，可以通过在较高的载体浓度的地方改变杂质浓度Z和W。我们考虑了具有向上和向下矩的MN原子可能不规则地存在的可能性。得出以下结论。 ・在（GA，MN）AS中，载体浓度在较小的z水平上很高，铁磁性稳定。随着Z水平的增加，载体浓度降低，并且随着D孔消失的消失，自旋玻璃相稳定。 ・铁磁性发生的机制是双重交换相互作用的一种形式。自旋玻璃相在低载体浓度下稳定的原因是，仅由于禁止双重交换相互作用，超级交换相互作用起作用。 ・在（in Mn）as/（al，be）Sb中，即使在z = 0处，铁磁性也是稳定的。在先前的结果中，旋转玻璃相目前是稳定的，但是由于计算精度的提高而改变了结论。随着增加的增加，载体注射发生在INAS层中，稳定了铁磁性。铁磁性的稳定与先前的结论相同。即使在（CD，MN）TE/（Al，X）（AS，Y）中执行N型掺杂，也不会在（CD，MN）TE层中植入带有D分量的载体，并且不会发生铁磁性。使用C为X的孔掺杂，当C添加C约10％时，会产生铁磁性。由于C用作Y，并且杂质水平紧接在价带上方，因此，如果应用了一定的浓度，则铁磁性也将充当孔掺杂。因此，将C用于X和Y，可以轻松稳定铁磁性。

项目成果

T. Kotani: "Ab-initio calculation of the frequency-dependent effective interaction between 3d-electrons by a projected RPA method : Ni, Fe and MnO"J. Phys. C : Condensed Matter. (印刷中). (2000)

T. Kotani：“通过投影 RPA 方法从头计算 3d 电子之间的频率相关有效相互作用：Ni、Fe 和 MnO”C：凝聚态物质（出版中）。

K. Sato: "Ab initio calculations of electric field gradients detected by impurities in TiO_2, Al_2O_3 and CaCO_3"Hyperfine Interactions. 120-121. 145-149 (1999)

K. Sato：“从头计算 TiO_2、Al_2O_3 和 CaCO_3 中杂质检测到的电场梯度”超精细相互作用。

P. Entel: "Collinear and noncollineae magnetism n transition-metal alloys"J. Phy. Soc. Jpn. (印刷中). (2000)

P. Entel：“过渡金属合金的共线和非共线磁性”Jpn。

H. Akai: "Theory of hyperfine fields in iron"Hyperfine Interactions. 120-121. 3-11 (1999)

H. Akai：“铁中超精细场理论”超精细相互作用。

H. Akai: "Electronic structure of diluted magnetic semiconductors and its superlattices"J. Phy. Soc. Jpn. (印刷中). (2000)

H. Akai：“稀释磁性半导体及其超晶格的电子结构”Jpn。