数字 (Ga,Mn)As 异质结构中的铁磁性与金属态

我们对 GaAs 和 AlAs 数字铁磁异质结构的电子、磁性和输运性质进行了广泛的密度泛函理论研究。这类结构可通过对 GaAs/AlAs 超晶格中 GaAs 层进行 $\delta$ 掺杂 Mn 实现。我们的分析涵盖 various Mn 摩尔浓度，考虑补偿缺陷如 As 反位杂质的存在。在无缺陷的情况下，所有 studied 异质结构都表现出半金属电子结构。然而当存在 As 反位杂质时，半金属态被破坏，异质结构表现为脏的平面金属。在这种情况下，他们在 Mn 平面上表现出较大的 $p$ 型金属电导，主要归因于多占据自旋电子；在 GaAs 平面上表现出 $n$ 型隧穿式电导，主要归因于少占据自旋电子。这表明如果将 As 反位杂质保持在 Mn 平面之外，可以实现不同自旋电流的空间分离。最后我们指出，在 AlAs/(Ga,Mn)As 数字铁磁异质结构中，AlAs/GaAs 价带位移为负责铁磁性的空穴提供额外的阘 confinement 势，因而 Mn 离子之间的铁磁耦合变得更大且对 As 反位杂质更稳健。