纤锌矿型 (Ga,Mn)As 的磁学性质

本文报道了关于纤锌矿型 (Ga,Mn)As 圆柱壳磁学性质的详细研究。Ga$_{0.94}$Mn$_{0.06}$As 壳层通过在 GaAs (111)B 衬底上合成的纤锌矿型 (Ga,In)As 纳米线核上外延生长多壳层圆柱的一部分，以低温分子束外延生长而成。我们的研究清楚地表明存在低温铁磁耦合，尽管 Mn 含量高达 6%，但该耦合仅局限于 30~K 以下。一组专门的测量表明，尽管材料具有高的结构质量，磁有序呈颗粒状，这导致了受阻超顺磁体典型的动力学慢化特征。长程有序的缺失归因于极低的空穴密度，这主要由大量补偿施主、砷反位缺陷引起，而这些缺陷是由于壳层在纳米线模板上生长的特殊几何结构在材料中形成的。相关的静电无序在材料中形成了自发磁化（宏自旋）和非磁化（顺磁）体积的交织斑块。利用高场结果评估得出，宏自旋所占总体积约为 (Ga,Mn)As 体积的 2/3，而其余 1/3 中仅存在顺磁性 Mn 离子。通过建立未耦合离子的数量，将这两部分贡献分离开来。将 Arrott 图方法应用于超顺磁部分，首次实验评估了 (Ga,Mn)As 中宏自旋内自旋-自旋耦合温度的大小，$T_{\mathrm{C}}=28$~K。从更广阔的视角看，我们的结果对关于这一模型稀磁半导体中真实且主导的磁性形式的持续争论作出了重要贡献。