利用电子共掺杂优化基于IV族的稀磁半导体中的Mn掺杂
材料科学
2009-06-04 v1
摘要
在基于IV族的稀磁半导体（DMS）中，通过共掺杂另一种常规电子掺杂剂（e-dopant），可以提高磁性原子（Mn）的替位掺杂比例[Zhu et al., Phys. Rev. Lett. 100, 027205 (2008)]。在此，我们报告了对几种共掺杂系统的动力学和热力学特性的广泛理论研究，这些系统包括以体相Si和Ge为宿主，以及各种III族和V族电子掺杂剂。主要发现如下：在体相Ge和Si中，n型电子掺杂剂与p型替位Mn的n-p配对在能量上是稳定的。在存在相邻n型电子掺杂剂的情况下，Mn原子更容易从间隙位移动到替位位。在体相Ge中，两个Mn原子之间的磁耦合随Mn-Mn距离的增加在正值（铁磁）和负值（反铁磁）之间振荡，但在Mn/As共掺杂的Ge中，耦合参数在超过最近邻的所有距离上均保持正值，并且这种定性差异不随掺杂水平而改变。对于Mn掺杂的Si，除最近邻外，所有耦合值均为正值，且在共掺杂后变化不大。我们在共掺杂系统中发现了一种非常规的磁各向异性，即磁耦合依赖于磁性离子及其相邻电子掺杂剂的相对位置。我们采用蒙特卡洛模拟来估计居里温度（Tc）。我们发现在Mn掺杂的Ge中，当Mn浓度在3.13%至6%范围内时，不存在铁磁序。相反，在5%的Mn掺杂下，于约5K处发生了自旋玻璃相变。对于Mn/As共掺杂的Ge，Tc随Mn浓度几乎呈线性增加，并在5%的Mn掺杂下达到264K。
引用
@article{arxiv.0903.2542,
title = {Optimization of Mn Doping in Group-IV-based Dilute Magnetic Semiconductors by Electronic Co-dopants},
author = {Hua Chen and Wenguang Zhu and Efthimios Kaxiras and Zhenyu Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:0903.2542},
year = {2009}
}
备注
13 pages, 13 figures. Submitted to PRB