一种 proposed 稀磁半导体 (Ba$_\text{1-x}$K$_\text{x}$)(Zn$_\text{1-y}$Mn$_\text{y}$)$_\text{2}$P$_\text{2}$ 中的磁相互作用

利用第一性原理电子结构计算，我们研究了一种 proposed 的 BaZn$_2$P$_2$ 基稀磁半导体（DMS）中的磁相互作用。对于仅自旋掺杂的典型化合物 Ba(Zn$_{0.944}$Mn$_{0.056}$)$_2$P$_2$，由于 Mn 原子间的超交换相互作用以及缺乏巡游载流子，短程反铁磁耦合占主导。用 K 原子部分替代 Ba 原子，将巡游空穴载流子引入 P 原子的 $p$ 轨道，从而通过 P 与 Mn 原子间的 $p$-$d$ 杂化将远距 Mn 磁矩与自旋极化空穴载流子关联起来，这对于化合物中铁磁性的出现至关重要。此外，施加静水压在约 15 GPa 的转折点处先增强后减弱 (Ba$_{0.75}$K$_{0.25}$)(Zn$_{0.944}$Mn$_{0.056}$)$_2$P$_2$ 中的铁磁耦合，这源于压强诱导的电子离域与 $p$-$d$ 杂化变化的联合效应。与 BaZn$_2$As$_2$ 基 DMS 相比，以 P 替代 As 可有效调控磁耦合。BaZn$_2$P$_2$ 基与 BaZn$_2$As$_2$ 基 DMS 的结果均表明，由阴离子桥接的最近邻 Mn-Mn 对之间稳健的反铁磁（AFM）耦合不利于改善此类 II-II-V 基 DMS 材料的性能。