GaAs (110) 表面附近 Mn 和 Fe 杂质的电子结构与磁性

结合密度泛函理论计算和微观紧束缚模型，我们从理论上研究了位于 GaAs (110) 表面附近的单个替代过渡金属杂质（Mn 和 Fe）的电子和磁性。对于 $[\rm Mn^{2+}]^0$ 加受主空穴 (h) 复合物的情况，包含显式杂质 $d$ 电子的紧束缚模型结果与将杂质自旋视为有效经典矢量的方法吻合良好。对于 Fe 的情况，其中中性等电子 $[\rm Fe^{3+}]^0$ 态和电离 $[\rm Fe^{2+}]^-$ 态均与解决扫描隧道显微镜 (STM) 实验相关，包含 $d$ 轨道至关重要。我们发现 Fe 杂质的带隙内电子结构受表面效应显著影响。对于中性受主态 $[{\rm Fe}^{2+}, h]^0$，其磁各向异性对杂质亚层的依赖性与 $[{\rm Mn}^{2+}, h]^0$ 的情况相似。相比之下，对于 $[{\rm Fe}^{3+}]^{0}$ 电子构型，磁各向异性表现不同且 considerably 较小。对于该状态，我们预测可以通过外部磁场等方式操纵 Fe 磁矩，并在 STM 探测的局域态密度中产生可检测的后果。