III-V族希薄磁性半導体の電子状態と磁性

(In_<l-x-y-z>Mn↑_xMn↓_yX_z)As,(Ga_<l-x-y-z>Mn↑_xMn↓_yX_z)As混晶,および(In_<l-x-y>Mn↑_xMn↓_y)As/(Al_<l-z>Be_z)Sb,超格子の電子状態を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またはSnでIII族位置に入ったV族不純物原子である.(In,Mn)Asや(Ga,Mn)AsではMnはアクセプタとなりp型伝導を示すがドナー不純物によって補償される.(In,Mn)As/(AI,Be)SbではBeはアクセプタ不純物となる.いずれも不純物濃度z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かで系は強磁性を示す.キャリア濃度の低いところでスピングラスの生じる可能性を調べるために,上向きモーメント,下向きモーメントを持つMn原子が不規則に合金を作る場合め計算も行い以下の結論を得た.● (In,Mn)As,(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ホールが消失するあたりで,スピンダラス相がより安定になる.●(In,Mn)As/(AI,Be)Sbではz=0ですでにInAs層のキャリア濃度は低くスピングラスが安定である.zの増加とともに,キャリア注入がInAs層に起こり,強磁性が安定化される.このような安定化はすでにz=0.02程度の低濃度で起こる.●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といえる.d状態の多重散乱から起こるものであり,RKKY相互作用とは定性的に違った振る舞いを与える.●キャリア濃度の低いところ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が禁止される結果,超交換相互作用のみがMn間の磁気的相互作用として残るためである.●これらのことは,実験的に得られている.(In,Mn)As,(Ga,Mn)Asおよび(In,Mn)As/AlSbヘテロ界面のキャリア誘起強磁性の現象とよく符合している.

(In_<l-x-y-z>Mn↑_xMn↓_yX_z)As,(Ga_<l-x-y-z>Mn↑_xMn↓_yX_z)As混晶,および(In_<l-x-y>Mn↑_xMn↓_y)As/(Al_<l-z>Be_z)Sb,超格子の電子状態を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またはSnでIII族位置に入ったV族不純物原子である.(In,Mn)Asや(Ga,Mn)AsではMnはアクセプタとなりp型伝導を示すがドナー不純物によって補償される.(In,Mn)As/(AI,Be)SbではBeはアクセプタ不純物となる.いずれも不純物濃度z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かで系は強磁性を示す.キャリア濃度の低いところでスピングラスの生じる可能性を調べるために,上向きモーメント,下向きモーメントを持つMn原子が不規則に合金を作る場合め計算も行い以下の結論を得た.● (In,Mn)As,(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ホールが消失するあたりで,スピンダラス相がより安定になる.●(In,Mn)As/(AI,Be)Sbではz=0ですでにInAs層のキャリア濃度は低くスピングラスが安定である.zの増加とともに,キャリア注入がInAs層に起こり,強磁性が安定化される.このような安定化はすでにz=0.02程度の低濃度で起こる.●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といえる.d状態の多重散乱から起こるものであり,RKKY相互作用とは定性的に違った振る舞いを与える.●キャリア濃度の低いところ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が禁止される結果,超交換相互作用のみがMn間の磁気的相互作用として残るためである.●これらのことは,実験的に得られている.(In,Mn)As,(Ga,Mn)Asおよび(In,Mn)As/AlSbヘテロ界面のキャリア誘起強磁性の現象とよく符合している.