基于原子自旋动力学模拟的稀磁半导体动力学：以Mn掺杂GaAs为例

通过原子自旋动力学模拟研究了稀磁半导体（DMS）磁性的动力学行为。尽管所有模拟均针对具有不同浓度As反位缺陷的5% Mn掺杂GaAs进行，但研究得出的结论被认为在低浓度极限下对DMS系统具有普适性。计算了磁化曲线$M(T)$和居里温度$T_C$，发现与蒙特卡洛模拟和实验结果吻合良好。此外，还提取了磁对关联函数的平衡和非平衡行为。DMS系统的动力学揭示了即使在温度达到或高于有序温度时，也存在显著的短程磁有序，且对关联函数延伸至数个原子壳层。对于高As反位浓度，模拟显示短程反铁磁耦合和减弱的长程铁磁耦合。对于足够大的浓度，我们未观察到任何长程铁磁关联。典型的动力学响应表明，从磁矩的随机取向开始，自旋关联发展非常迅速（约1 ps），延伸至15个原子壳层。在模拟中约10 ps后，观察到对关联延伸至约40个原子壳层。计算了自关联函数，并与bcc Fe等铁磁体和自旋玻璃材料进行了比较。在我们的模拟中，未发现任何As反位浓度下存在自旋玻璃行为的证据。相反，磁响应更适合描述为慢动力学，至少与bcc Fe等常规铁磁体相比是如此。