稀磁半导体的统一图景

十年来，稀磁半导体（DMS）领域一直是最热门的研究方向之一。尽管材料特定的密度泛函理论（DFT）能精确预测多种III-V族基材料的临界居里温度（$T_{C}$），但寻找统一模型/理论的终极目标仍未解决。许多关键问题仍无答案，例如：为什么十年后GaMnAs仍具有最高的$T_{C}$？是否存在内在限制或达到室温的希望？如何用统一理论解释GaMnAs接近金属-绝缘体转变，以及从II-VI族材料中的RKKY耦合到GaMnN中的双交换机制的转变？本文旨在提供这一缺失的理论。我们将证明关键参数是Mn受主能级的位置，并且GaMnAs在III-V族DMS中具有最高的$T_{C}$。我们的理论（i）提供了整体理解，（ii）与现有基于DFT的研究定量一致，（iii）能够解释多种DMS中的输运和磁性性质，以及（iv）再现了包括GaMnN和GaMnAs在内的多种材料的第一性原理研究得到的$T_{C}$。该模型还精确再现了GaMnAs光学电导率的最新实验数据，并预测了其他材料的光学电导率。