On the character of states near the Fermi level in (Ga,Mn)As: impurity to valence band crossover
我们讨论了Mn掺杂GaAs中费米能级附近的态的特征，所揭示的直流传输和光学研究的调查在很宽的范围内的Mn浓度。热激活的价带对直流传输的贡献，在交流电导率中能量hbar Ω约200 meV处的中红外峰，以及热的光致发光光谱表明在低掺杂（<<1%Mn）绝缘GaAs：Mn材料中存在杂质带。与此图片的影响一致，从直流传输推断的杂质带电离能和中红外峰的位置移动到较低的能量和峰加宽与Mn浓度的增加。在具有> 2%掺杂的金属材料中，在直流传输中不能识别Mn相关的活化贡献的痕迹，这表明杂质带已经与价带合并。在分析高掺杂GaAs：Mn的光学测量时，没有发现与这种看法的差异。一个更高的能量（hbar Ω约250毫电子伏）的中红外功能，出现在金属样品与价带间跃迁。它的红移与掺杂的增加可以解释为增加屏蔽的结果，缩小了局域态的价带尾，并削弱了较高的能量跃迁振幅。我们的检查的直流和交流的GaAs：Mn的传输特性的同时，与浅受体同行的比较，确认无序的价带图片的高掺杂金属GaAs：Mn材料。
2007-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Magnetodielectric Coupling in Nonmagnetic Au/GaAs:Si Schottky Barriers
我们报道了一个迄今未被注意到的巨大的负磁电容（>20%），我们归因于一个磁场诱导的浅施主Si杂质原子的结合能增加的非磁性Au/GaAs：Si肖特基势垒。耗尽电容（Cdep）色散识别引起电离杂质的磁场依赖性密度的杂质电离和捕获过程。内部光电发射实验证实，从1/Cdep^2与电压的关系测量中推断出的内建电势的大的场致位移不是由于场依赖的肖特基势垒高度，因此需要对突变结近似进行修改，以解释所观察到的磁介电耦合。
2009-06-02 cond-mat.mtrl-sci
About anomalous g-factor value of Mn related defects in GaAs:Mn
本文介绍了GaAs：Mn系统中锰杂质离子的ESR谱的实验研究结果。研究了系统中费米能级相对于价带边的不同位置。对引起ESR谱中g因子为5.62和2.81的谱线的系统特征缺陷进行了详细的研究。实验结果进行了讨论的框架中的一个先前开发的模型与涉及杂质离子的双缺陷。“3d5 +空穴”模型是该系统中双缺陷模型的一个特例。得到了该体系中ESR谱线g因子共价重整化的解析表达式。
2016-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Trend of the magnetic anisotropy for individual Mn dopants near the (110) GaAs surface
本文用微观有限团簇紧束缚模型研究了（110）GaAs表面附近单个Mn杂质的磁各向异性能随团簇尺寸的变化趋势。我们的计算表明，在体GaAs中的Mn掺杂剂的各向异性能量被发现是非零的，在以前的紧束缚计算，是纯粹的有限尺寸效应，它消失的反簇尺寸。与此相反，我们发现，在无限大的集群大小的限制下，在间隙Mn受体能级的三个分裂收敛到一个有限的值。对于一个Mn在体GaAs的这一功能是有关的杂质和它的最近邻原子之间的耦合的平均场处理的性质。此外，我们计算的各向异性能量的子层的趋势，作为Mn掺杂剂是从表面移向集群的中心。与以前的计算相比，这里使用大的簇尺寸使我们能够将杂质定位在表面以下更深的子层中。特别是，我们表明，各向异性能增加到第五子层，然后随着杂质进一步远离表面，接近其体积值而减小。本研究提供了重要的洞察力，通过先进的扫描隧道显微镜技术在半导体表面的单个Mn掺杂剂的电子和磁性的实验控制和操纵。
2014-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Observation of the symmetry of core states of a single Fe impurity in GaAs
我们报告的直接观察到两个中间的间隙核心d-状态的不同对称性的一个单一的铁原子嵌入GaAs。这些状态通过它们与周围主体电子结构的杂化强度来区分。不通过σ键合杂交的Fe的中间带隙状态强烈地定位于Fe原子，而另一个，这是扩展的，并且在尺寸上与其他受体状态相当。紧束缚计算这些中间的间隙状态同意与测量的波函数的空间结构，并说明，这样的测量可以确定通过π键的杂质d-状态的杂化程度。这些单掺杂剂的中间间隙状态具有强d-字符，这是内在的自旋轨道纠缠，提供了一个机会，探测和操纵本地磁性，并可能用于高速电控制单自旋。
2015-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental Observation of Kondo-Fano Resonant Tunneling in Silicon-Doped GaAs/AlAs Multiple Quantum Wells
本文报道了在掺硅GaAs/AlAs多量子阱中近藤-法诺共振隧穿的实验观察。在低偏压下的微分隧穿电导谱显示出强烈的温度依赖性共振，其峰在磁场的存在下分裂，这是近藤共振的特征。用杂质Anderson模型解释了这些数据是费米能级的导电电子通过阱内掺杂硅杂质态的共振隧穿。杂质态的库仑阻塞共振在近藤共振之上诱导了Fano凹陷。
2006-02-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Phonon-assisted tunneling in Jahn-Teller E$ \times $e impurity centers in crystals
Institute of Physics, University of Tartu（塔尔图大学物理研究所）
研究晶体中Jahn-Teller E×e杂质中心的声子辅助隧穿机制，揭示了二次振动相互作用对隧穿相干性的影响。
2026-01-29 cond-mat.mtrl-sci
The Nature of the magnetism-promoting hole state in the prototype magnetic semiconductor GaAs: Mn
最近的实验[1]表明，GaAs：Mn中的铁磁性（FM）是由杂质带而不是价带中的空穴决定的。本文讨论了杂质带中载流子介导的FM的物理机制，其中Mn的d能级起着至关重要的作用。该理论基于第一原理方法。
2012-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Evidence of the virtual Anderson transition in a narrow impurity band of p-GaAs/AlGaAs quantum wells: $ε_4$ conductivity and electric breakdown at low temperatures
在GaAs/AlGaAs量子阱中心部分的高掺杂未补偿p型层中，我们观察到低温下电导的激活行为，其激活能很低（1-3）meV，不能归因于标准机制。我们将这种行为归因于安德森跃迁意义上的窄杂质带最大值附近空穴态的离域。低温传导$ε_4$由少数载流子-电子（由背景缺陷的弱补偿产生）-从费米能级到上述离域态带的激活来支持。相应的行为可以指定为虚拟安德森过渡。低温输运（$<4$ K）也表现出很强的非线性击穿类型，其特征在于特别是S形的I-V曲线。在意外低场（$<10$ V/cm）下观察到非线性。这种现象可以用一个简单的模型来解释，即上述少数载流子的定域态碰撞电离到安德森离域态带。
2007-10-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and magnetic properties of Mn and Fe impurities near GaAs (110) surface
结合密度泛函理论计算和微观紧束缚模型，我们从理论上研究了位于GaAs（110）面附近的单个替位过渡金属杂质（Mn和Fe）的电子和磁性.对于$[\rm Mn^{2+}]^0$+受体空穴（h）复合物的情况，明确包括杂质$d$ -电子的紧束缚模型的结果与将杂质自旋视为有效经典矢量的方法非常一致。对于铁的情况下，中性等电子$[\rm Fe^{3+}]^0$和电离的$[\rm Fe^{2+}]^-$状态是相关的地址扫描隧道显微镜（STM）实验，列入$d$ -轨道是必不可少的。我们发现，在间隙中的电子结构的Fe杂质是显着修改的表面效应。对于中性受主态$[{\rm Fe}^{2+}, h]^0$，磁各向异性对杂质子层的依赖性类似于$[{\rm Mn}^{2+}, h]^0$的情况。相比之下，对于$[{\rm Fe}^{3+}]^{0}$电子配置，磁各向异性表现不同，它是相当小的。对于这种状态，我们预测，它是可能的操纵Fe的时刻，例如，通过外部磁场，可检测的后果，在STM探测的状态的局部密度。
2014-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of the $E_{1}$ and $E_{1}$ +$Δ_{1}$ optical transitions in (Ga,Mn)As epitaxial layers
稀释后的（Ga，Mn）As成为一种铁磁半导体模型，但关于其磁性的来源仍存在分歧。结果表明空穴介导的铁磁性存在于价带或杂质带中。充分认识GaAs中Mn态的性质，可以提高（Ga，Mn）As的居里温度。本文对椭偏法的结果进行了验证，并与更精确的光反射法进行了比较，从而对Mn杂质态与GaAs价带的相互作用提供了新的认识。实际上，高掺杂和退火的（Ga，Mn）As外延层的$E_{1}$和$E_{1}$ + $Δ_{1}$的带间跃迁能量没有证实分离的Mn杂质带和价带之间的相互作用。因此，用Mn态和GaAs价带的合并描述与我们的结果一致.我们的研究结果得到了高分辨率透射显微镜和磁化测量的支持。
2013-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Electron spin relaxation in $p$-type GaAs quantum wells
我们从全微观动力学自旋Bloch方程方法研究了$p$型GaAs量子阱中的电子自旋弛豫，包括电子-杂质、电子-声子、电子-电子库仑、电子-空穴库仑和电子-空穴交换（Bir-Aronov-Pikus机制）散射.从这种方法中，我们研究的D 'yakonov-Perel'和Bir-Aronov-Pikus机制的相对重要性，在很宽的范围内的温度，空穴密度，激发密度和杂质密度，并提出了一个相图-样的图片显示的D 'yakonov-Perel'或Bir-Aronov-Pikus机制是更重要的参数制度。通过在我们的模型中包含更多的空穴子带和能带，我们能够研究高空穴密度下的自旋动力学。结果表明，对于不同的杂质和激发密度，在一定的温度范围内，当空穴密度足够高时，Bir-Aronov-Pikus机制可以超过D 'yakonov-Perel'机制.我们还发现，在无杂质的情况下，Bir-Aronov-Pikus机制比D 'yakonov-Perel'机制更有效的温度范围是在空穴费米温度附近，对于高空穴密度，与激发密度无关。然而，在杂质密度与空穴密度相同的高杂质密度情况下，该区域大致为从电子费米温度到空穴费米温度。特别地，在高杂质和很低激发密度的情况下，Bir-Aronov-Pikus机制可以在所研究的{ \em whole}温度范围内（从5 K到300 K）支配自旋弛豫，因为电子（空穴）费米温度是1.5 K…
2009-11-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Multiband tight-binding model of local magnetism in GaMnAs
我们给出了GaAs中单个锰杂质和两个附近锰杂质的自旋和轨道分辨局域态密度（LDOS）。GaAs基质用sp^3紧束缚哈密顿量描述，Mn杂质用局域p-d杂化和在位势描述。价带内的局部自旋极化共振显著增强了带边附近的LDOS。对于两个附近的平行Mn时刻的受体状态杂交和分裂的能量。因此，扫描隧道光谱可以直接测量Mn-Mn相互作用作为距离的函数。
2004-01-27 cond-mat.mtrl-sci
The nature of transport and ferromagnetic properties of the GaAs structures with the Mn δ-doped layer
我们揭示了具有单一Mn δ掺杂层的GaAs结构的输运性质和铁磁性质。为了改变结构的性质，通过用氦离子辐照来产生电活性辐射缺陷。研究表明，该结构的输运性质由两个平行的导电沟道（价带中与空穴输运相关的沟道和Mn杂质带中与电子输运相关的沟道）决定，铁磁性质由Mn杂质带中局域在允许态的电子决定.研究结果也有助于理解量子阱附近Mn δ层的结构特征。
2019-02-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Inter-impurity and impurity-host magnetic correlations in semiconductors with low-density transition-metal impurities
在低掺杂绝缘相的（Ga，Mn）As的实验表明，在价带以上110 meV的杂质带的存在的证据。本文的目的是研究杂质带在决定稀磁半导体低掺杂区磁关联中的作用。为此，我们提出的Haldane-Anderson模型的过渡金属杂质在半导体主机，这是通过使用Hirsch-Fye量子蒙特卡罗（QMC）算法得到的结果。特别是，我们目前的结果杂质杂质和杂质主机磁关联在二维和三维半导体二次带色散。此外，我们利用紧束缚近似和实验确定的参数，得到了GaAs中Mn杂质的宿主能带结构和杂质-宿主杂化。当化学势位于价带顶和杂质束缚态之间时，杂质表现出最长射程的铁磁关联。我们表明，这些FM相关产生的反铁磁耦合的主机电子自旋杂质磁矩。最后，我们得到了100 meV的IBS能量，这是一致的实验值为110 meV，通过结合QMC技术与紧束缚的方法在GaAs中的Mn杂质。
2008-06-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Observation of Terahertz Spin Hall Conductivity Spectrum in GaAs with Optical Spin Injection
本文首次在室温下观测了GaAs中的太赫兹自旋霍尔电导率谱，利用高精度太赫兹偏振测量技术解析了光学注入自旋极化电子的逆自旋霍尔效应，揭示了其主要起源从直流下的杂质散射向太赫兹下的内禀Berry曲率机制的转变。
2024-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Spin relaxation in $n$-type GaAs quantum wells from a full microscopic approach
通过构建和数值求解动力学自旋布洛赫方程，对具有Al $_{0.4}$ Ga $_{0.6}$ As势垒的$n$型（001）GaAs量子阱中D 'yakonov-perel'机制从近20 K到室温的自旋弛豫进行了全面的微观研究。我们考虑了所有与自旋弛豫有关的散射，如电子-声学-声子散射、电子-光学-声子散射、电子-非磁杂质散射和电子-电子库仑散射。用拟合的自旋分裂参数计算的自旋弛豫时间与Ohno { \em et al.}的实验数据符合得很好。[Physica E { \bf 6}，817（2000）]在整个温度范围内（从20 K到300 K）。拟合的自旋劈裂参数值与许多实验和理论计算相一致。我们进一步显示了自旋弛豫时间的温度依赖性的各种条件下，如电子密度，杂质密度和阱宽。我们预测，在具有低电子密度的样品中，在低温下（$<50$ K）的自旋弛豫时间（{ \em例如}，密度小于$1 \times 10^{11}$ cm $^{-2}$），但迁移率高。该峰在具有高电子密度的样品中消失（例如{ \em}）。$2 \times 10^{11}$ cm $^{-2}$）和/或低迁移率。在低温下的热电子自旋动力学也解决了许多功能完全不同的高温情况下预测。
2006-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic anisotropy of singly Mn-doped InAs/GaAs quantum dots
本文报道了在纵向和垂直于光轴的磁场中，Mn单原子掺杂的InAs/GaAs量子点的显微光致发光谱。在这两种情况下，正三离子（X+）的光谱特征被发现分裂成强圆偏振分量，在垂直磁场中的效果非常令人惊讶。场致分裂归因于Mn杂质产生的中性受主复合物A0的横向塞曼分裂，而圆形光学选择规则则是由于p-d交换作为一个非常强的纵向磁场抑制量子点重空穴基态的横向场的自旋混合。自旋相互作用的理论模型，其中包括（i）的局部应变各向异性所经历的受主能级和（ii）的各向异性交换，由于偏离中心的Mn位置提供了一个非常好的协议与我们的观察。
2009-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling the impurity band inducing ferromagnetism in magnetic semiconductor (Ga,Mn)As
(Ga（Mn）As是一种典型的稀磁半导体，它通过掺杂空穴载流子而表现出铁磁性。尽管在大量的实验和理论研究中出现了一些有争议的模型，但（Ga，Mn）As的铁磁性机制仍然是一个令人困惑的谜。在这封信中，我们使用软X射线角分辨光电子能谱，积极确定铁磁锰3d衍生杂质带（Ga，Mn）As。该带与宿主GaAs的光空穴带出现杂化。这些发现总结了十多年来有争议的（Ga，Mn）As的价带结构的图片。IB的非色散特性及其在价带最大值附近的位置表明Mn 3d衍生的杂质带形成为由Anderson杂质模型预测的分裂Mn杂质态。（Ga，Mn）As的铁磁性是由于杂质带中空穴载流子的输运。
2013-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Scattering Mechanisms in a High Mobility Low Density Carbon-Doped (100) GaAs Two-Dimensional Hole System
本文系统地研究了低密度掺碳（100）GaAs二维空穴系统（2DHS）中迁移率的密度依赖性。在T= 50 mK时，测得密度p=6.2 x 10^10 cm^-时的迁移率为2.6 x 10^6 cm ^2/Vs。这是迄今为止报告的2DHS的最高移动性。使用背栅样品几何结构，研究了迁移率在2.8 x 10^10 cm^-2至1 x 10^11 cm^-2范围内的密度依赖性。使用单个指数α，迁移率对密度不能拟合为形式μ ~ p^α的幂律依赖性。我们的数据表明，一个连续的演变的幂律与α范围从~ 0.7在高密度和增加到~ 1.7在最低密度测量。具体到我们的结构的计算表明，从均匀的背景杂质散射在高密度的远程电离杂质散射在低密度的主导散射机制的交叉。这是第一次观察到的载流子密度诱导的过渡，从背景杂质为主的远程掺杂剂为主的运输在一个单一的样品。
2011-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ellipsometric study of the Electronic Structure of GaMnAs and LT-GaAs
我们已经测量了GaMnAs的光学常数从0.62 eV到6 eV，使用光谱椭圆偏振。介电函数的二阶导数通过临界点分析进行检查。随着Mn掺杂的增加，E1临界点向更高的能量移动，而所有其他临界点似乎不受影响。临界点的演化是由电离杂质的带隙重整化和Mn诱导杂质带与GaAs价带和导带的sp-d杂化之间的相互作用引起的。
2004-04-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Wavelength dependent negative and positive persistent photoconductivity in Sn delta-doped GaAs structures
在波长λ = 650-1200 nm，温度T= 4.2-300 K范围内，研究了δ掺杂Sn的GaAs结构的光电导。在强磁场中，用磁电阻、Shubnikov-de Haas效应和霍尔效应测量了照射前后的电子密度和迁移率。对于重掺杂结构（n_H> 2 × 10^13 cm^-2），我们在波长大于主体材料带隙波长的光（λ = 815 nm，T= 4.2 K）照射下观察到，首先是正的（PPPC），然后是负的（NPPC）持久光电导。NPPC归因于DX中心的电离，PPPC由衬底中Cr杂质态的电子激发来解释。对于λ < 815 nm的情况，电子在GaAs带隙上的激发对PPPC也有贡献。对于轻掺杂结构（n_H<= 2 × 10^13 cm^-2），光电导效应总是正的。
2000-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Near band-edge luminescence of semi-insulating undoped gallium arsenide at high levels of excitation
本文研究了半绝缘非掺杂GaAs晶体在77 K时，在3 × 10 ~（21）~ 6 × 10 ~（22）quantum/（cm ~ 2/s）范围内，近带边光致发光的最大值和半宽随背景受主杂质浓度和激发能级的变化关系。所观察到的依赖性被解释为作为一个结果的杂质浓度的波动和参与的施主杂质带的局部状态的辐射跃迁的状态的密度尾的形成。随着N的增加，多粒子相互作用的减少可能与杂质原子对载流子屏蔽的增加有关。
2008-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Local field of spin-spin interactions in the nuclear spin system of n-GaAs
本研究测量了n-GaAs中核自旋系统的自旋-自旋局域场，采用光学冷却核自旋的绝热去磁方法，发现其值比先前结果小两倍，并通过考虑多种相互作用的理论计算加以验证。
2023-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Spin relaxation of conduction electrons in bulk III-V semiconductors
本文从理论上计算了$n$型和$p$型GaAs、GaSb、InAs和InSb体材料传导电子通过Elliot-Yafet、D 'yakonov-Perel和Bir-Aronov-Pikus机制的自旋弛豫时间。每个自旋弛豫机制的相对重要性进行了比较，并构建了显示主导机制的图作为温度和杂质浓度的函数。我们的方法是基于动量弛豫率的理论计算，并允许理解在很宽的温度和杂质浓度范围内影响自旋弛豫的各种因素之间的相互作用。
2001-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Hole-Spin Dynamics in Optically Excited Bulk GaA
我们目前的实验和理论结果后，超快光激发在体GaAs的空穴自旋动力学。实验的差分传输进行了比较与动力学计算的动量分辨空穴分布，其中包括载流子，载流子声子和载流子杂质相互作用的玻尔兹曼散射积分的水平。我们获得良好的协议与实验确定的空穴自旋弛豫时间，但指出，根据如何提取的自旋极化动力学，偏离指数衰减在短时间内发生。我们还从理论上研究了重p掺杂GaAs在低温下的自旋弛豫行为。
2010-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Bandgap narrowing in Mn doped GaAs probed by room-temperature photoluminescence
（Ga，Mn）As系统的电子能带结构是近二十年来固体物理研究中最令人感兴趣的问题之一。确定能带结构随Mn浓度的变化是理解铁磁性起源的关键问题。本文介绍了Ga_{100%-x} Mn_{x} As合金的室温光致发光和椭圆偏振测量。随着Mn含量的增加，Ga_{100%-x} Mn_{x} As合金的室温近带隙发射的红移证明了价带的上移。结果表明，即使掺杂0.02原子%，Mn的影响的价带边缘，它合并的Mn浓度低至0.6原子%的杂质带。X射线衍射图和高分辨率横截面TEM图像都证实了注入层和GaMnAs合金形成的完全再结晶。
2015-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Model of hopping dc conductivity via nearest neighbor boron atoms in moderately compensated diamond crystals
在准经典近似下，得到了指前因子σ_3和空穴通过硼原子跳跃电导的热激活能ε_3与硼原子浓度N和补偿比K的关系式。假设处于（0）和（-1）电荷态的受主（硼原子）和补偿它们的处于（+1）电荷态的施主在晶体基质中形成平移周期为R_h = [（1 + K）N]^{-1/3}的非化学计量简单立方晶格。当电荷态（0）和（-1）的受主能级热激活偶然重合时，跃迁事件只发生在距离R_h上。施主阻挡杂质晶格位置的分数K/（1 - K）。空穴跳跃电导率在晶格相对于外部电场方向的所有可能取向上平均。认为受主带是由处于电荷态（-1）的硼原子的势能的高斯涨落所形成的，而这种涨落仅是由于离子间的库仑相互作用而引起的。考虑到随着N的增加，由于空穴通过受体态跳跃而屏蔽杂质离子（在德拜-休克尔近似下），受体带向价带顶部的移动。K \approx为0.25时，在绝缘体-金属相变的绝缘体侧，σ_3（N）和ε_3（N）的计算值与已知的实验值符合得很好。计算是在比金刚石V带空穴输运到硼原子跃迁电导的转变温度低两倍的温度下进行的。
2011-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of (Ga,Mn)As revisited
在稀磁半导体，特别是（Ga，Mn）As中，介导铁磁耦合的电子态的详细性质一直是一个长期争论的问题。讨论了两种对立的模型，着重讨论了主带载流子和杂质带载流子。使用角分辨光电子能谱，我们首次能够确定一个高度分散的Mn诱导的能带（Ga，Mn）As。结果表明，（Ga，Mn）As系统的电子结构在整个价带上与GaAs系统的电子结构相比发生了显著的变化。接近费米能，Mn的存在诱导GaAs的体能带的强烈混合，这导致在GaAs的带隙区域中出现高色散带。对于Mn浓度高于1%的带达到费米能级，因此可以托管铁磁耦合所需的离域空穴。总的来说，我们的数据提供了一个坚定的证据，离域载流子属于修改主机价带。
2016-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Electron correlations in Mn$_x$Ga$_{1-x}$As as seen by resonant electron spectroscopy and dynamical mean field theory
在Mn掺杂GaAs中发现铁磁性20年后，其起源仍然存在争议，许多疑问与电子结构有关。在这里，我们报告的Mn掺杂GaAs的价电子能谱的实验和理论研究。实验数据是通过非共振和共振光电子发射数据之间的差异获得的。理论谱的计算是通过密度泛函理论的局部密度近似和动力学平均场论（LDA+DMFT）的组合，使用精确对角化作为杂质求解器。理论被发现准确地再现测量数据，并说明相关效应的重要性。我们的研究结果表明，Mn态延伸在一个广泛的能量范围内，包括价带的顶部，并且没有杂质带分裂从价带边缘，而诱导的空穴似乎主要位于周围的Mn杂质。
2014-07-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Impurity Band Conduction in a High Temperature Ferromagnetic Semiconductor
利用光谱学方法研究了稀磁半导体Ga $_{1-x}$ Mn $_{x}$ As的能带结构.我们证明了费米能级（$E_{F}$）存在于Mn诱导的杂质带（IB）中。这一结论是基于对光学电导率（$σ_{1}(ω,T)$）的频率和温度依赖性的仔细分析。从我们的分析$σ_{1}(ω,T)$，我们推断出一个大的有效质量（$m^*$）的运营商，支持的观点，传导发生在IB。我们的研究结果也提供了有用的见解Mn掺杂GaAs的输运性质。
2006-07-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
T_c-Enhanced Codoping Method for GaAs-based Dilute Magnetic Semiconductors
基于对Ga_{1-x} Mn_xN_ yAs_{1-y}和Ga_{1-x} Mn_xC_ yAs_{1-y}的从头计算，提出了一种新的共掺杂方法来提高稀磁半导体的居里温度T_c。通过N或C的共掺杂可以增加Mn的溶解度直到高浓度，以减少由Mn掺杂引起的晶格和体积膨胀。结果表明，由于共掺杂引起的强p-d杂化，使多数自旋杂质带强烈展宽并被推到高能区，当x>0.06时，Tc高于室温。
2003-11-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Limit to 2D mobility in modulation-doped GaAs quantum structures: How to achieve a mobility of 100 millions
考虑到散射的无意背景带电杂质和带电掺杂剂的调制掺杂层，以及由GaAs声学声子，我们理论上考虑实际的本征（声子）和非本征（背景和掺杂剂）限制调制掺杂的AlGaAs GaAs二维半导体结构中的载流子迁移率。我们发现，将背景杂质密度降低到$10^{12}$ cm $^{-3}$以及1000 μ m或更高的调制掺杂间隔将在T= 1 K的$3\times 10^{11}$ cm $^{-2}$的载流子密度下实现$100 \times 10^6$ cm $^2$ /Vs的迁移率。然而，在T=4（10）K，硬限制的2D迁移率将设置由声学声子散射的最大固有迁移率不高于22 $(5) \times 10^6$ cm $^2$ /Vs。详细的数值结果作为载流子密度，调制掺杂距离，和温度的函数，以提供一个定量的指导，实现超高的2D迁移率的实验努力。
2008-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multi-valley spin relaxation in the presence of high in-plane electric fields in $n$-type GaAs quantum wells
采用动力学自旋Bloch方程方法研究了高温下面内电场作用下$n$型GaAs量子阱中的多谷自旋弛豫.自旋弛豫时间随电场的增大先增大后减小，特别是在温度较低时。研究表明，由于$L$谷中存在较大的自旋-轨道耦合以及强的$Γ$ - $L$谷间散射，$L$谷起到了总自旋极化的“漏极”作用，从而在面内电场较高时能有效地增强整个体系的自旋弛豫.在电场作用下，观察到了由电场诱导的磁场引起的自旋旋进。同时，由于强的$Γ$ - $L$谷间散射以及$L$谷内强的非均匀展宽，$L$谷内的电子自旋具有与$Γ$谷内几乎相同的阻尼率和进动频率.尽管$L$谷的$g$因子远大于$Γ$谷的$g$因子，但当在Voigt位形中施加有限静磁场时，该特征仍然成立。此外，还表明整个系统的自旋旋进性质是由$Γ$谷区的电子决定的。在低电场区，温度、磁场和杂质会影响自旋弛豫。然而，他们被证明有边际的影响，在高电场制度。
2008-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of rare-earth impurities in GaAs and GaN
计算了GaAs和立方GAN中替代型稀土杂质的电子结构。用自相互作用修正的局域自旋密度近似计算了稀土离子的总能量，由此可以研究稀土离子4f开壳层的几种构型。对于n=4、8和16，缺陷由REGa $_{n-1}$ As $_n$类型的超晶胞模拟。优选的缺陷是稀土取代Ga，在这种情况下，发现本征材料中的稀土化合价在除了GAN中的Ce和Pr之外的所有情况下都是三价的。在所有情况下，3+ -> 2+ f能级都高于理论导带边，并且仅在GaAs中的Eu、Tm和Yb以及GAN中的Eu的实验带隙内。稀土杂质与价带顶态和导带底态的交换相互作用较弱，比Mn杂质的交换相互作用小1 ~ 2个数量级。因此，耦合强度不足以允许稀释杂质的铁磁有序化，除非在非常低的温度下。
2006-03-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electron microscopy and diffraction study of high-temperature diamond-like Si-based ferromagnetic with self-organized super-lattice distribution of Mn impurity
本文给出了用激光法合成的高温稀磁半导体Si：Mn的新结构数据。本文对DMSi：Mn外延层的两个晶向进行了高分辨透射电镜和衍射分析，消除了GaAs衬底和界面的贡献。结果表明，DMS Si：Mn薄膜是一种成分可变的化合物Si ~（2 + x）Mn ~（1-x）（0 <x <1），具有单相类金刚石结构，晶体完整性高，周期等于最近的（110）原子层间距和（110）原子层间距的三倍，沿Si：Mn薄膜生长方向自组织形成的超晶格结构。Mn含量为15%的Si（或Si_（2.5）Mn_（0.5））薄膜由尺寸为15-50 nm的块体组成，其超晶格调制取向相互垂直。在（110）层中的锰原子，被这些杂质掺杂，以一个原子厚度的条的形式沉降下来。给定（110）层中的这些锰条交替占据层（110）的大约一半面积，与光谱X射线分析和铁磁共振数据完全一致。
2013-08-30 cond-mat.mtrl-sci
The Crossover from Impurity to Valence Band in Diluted Magnetic Semiconductors: The Role of the Coulomb Attraction by Acceptor
在考虑载流子与磁性杂质之间的库仑吸引力的情况下，系统地研究了稀磁半导体（DMS）模型中杂质带（IB）与价带（VB）区之间的交叉与磁性杂质浓度的关系.采用动力学平均场论（DMFT）和蒙特卡罗（MC）方法计算了自旋-费米子模型应用于DMS的态密度和铁磁转变温度。它示出的是，除了一个方阱样的吸引力的潜力可以产生一个IB在足够小的Mn掺杂$x$的值的$p-d$交换$J$是不够强，以产生一个由自己。我们观察到当$x >= x_c$时IB与VB合并，其中$x_c$是$J$和库仑吸引强度$V$的函数。使用MC计算，我们证明了库仑吸引力的范围起着重要的作用。虽然已经在先前的数值模拟中使用的现场吸引力对于$x$的所有值有效地重新归一化$J$，但是非物理结果，最近邻范围吸引力仅在非常低的掺杂下重新归一化$J$，即，直到束缚空穴波函数开始重叠。因此，我们的研究结果表明，库仑吸引力可以被忽略，以研究Mn掺杂的GaSb，GaAs和GaP在相关的掺杂制度，但它应该包括在Mn掺杂的GAN的情况下，预计将在IB制度。
2007-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Single-particle Relaxation Time in Doped Semiconductors beyond the Born Approximation
我们比较的幅度的单粒子弛豫时间精确计算的可变相位的方法是在第一玻恩近似计算的杂质半导体，如Si和GaAs，假设库仑杂质是随机分布的中心。我们发现，对于典型的掺杂浓度在Si的玻恩近似可以高估约40%的单粒子弛豫时间和低估约30%。结果表明，在GaAs的情况下，差异通常是不太严重。我们的分析表明，在一般情况下，这些大的差异，硅产生强烈违反弗里德尔和规则。这种击穿发生在随机相近似开始击穿的掺杂密度范围内。此外，我们的研究结果表明，一个多离子校正的电子杂质散射需要高掺杂浓度。
2019-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and magnetism in slightly doped SrB_6
在局域自旋密度近似下计算了SrB $_{6}$超晶胞的自旋极化能带，其中La-、In-或Al-杂质或空位取代Sr。适度大的细胞与8个公式单元（56个原子）进行了研究，所有的掺杂和大的27个公式单元（189个原子）的情况下，镧掺杂。未掺杂的系统在费米能级（E $_F$）处具有消失的态密度（DOS），而额外的La-d带使E $_F$进入带隙以上的带。Al（或In）杂质则相反，E_F向带隙下方出现类刚性带移。在前一种情况下，添加一个d-电子使得靠近La原子的电子结构发生局部的、类似杂质的变化。正如在以前的出版物中所示，它可以导致弱铁磁状态。通过189个原子的单元计算，该结果在甚至更低的掺杂下持续存在，每个La杂质的矩为0.1 $μ_B$。In杂质加上一个p电子，则没有类似的效果。磁性状态可以从电荷转移和额外的势能增益来理解，因为施加了自旋分裂。为了显示电荷转移和磁矩的大小之间的相关性，提出了不同的模型与修改的本地化的La带。
2001-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Diffusive Propagation of Exciton-Polaritons through Thin Crystal Slabs
在激子共振附近的光的共振透射的比较研究，测量了15个几微米的GaAs晶体板与不同的杂质浓度$N$，揭示了一个意想不到的趋势。虽然$N$跨越几乎五个小数数量级，但光的归一化光谱积分吸收与杂质浓度成比例，为$N^{1/6}$。我们分析表明，这种依赖性是一个签名的激子极化激元在半导体中的传播扩散机制。
2015-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-temperature intrinsic ferromagnetism in heavily Fe-doped GaAs layers
本文研究了一种新型的高温GaAs：Fe稀磁半导体（DMS）薄膜，其平均Fe含量高达20 at. %在真空中使用脉冲激光沉积在（001）i-GaAs衬底上生长。透射电子显微镜（TEM）和能量色散X射线光谱研究表明，在180和200 C下获得的导电层是外延的，不含任何第二相夹杂物，但含有Fe富集的柱状区域重叠的微孪晶。在250 ℃下获得的非导电层的TEM研究揭示了嵌入的GaAs：Fe DMS的相干富Fe团簇。X射线光电子能谱学研究表明，Fe原子以几乎相等的概率与Ga和As原子形成化学键，从而Fe原子在Ga和As位置上的取代数量相当。所获得的导电GaAs：Fe层的n型导电性显然与GaAs带隙内Fe受主杂质带中的电子输运有关。一个滞后的负磁电阻观察到的导电层，直到室温。磁阻测量点的导电GaAs：Fe层的面外磁各向异性的柱状区域的存在有关。磁性圆二色性的研究证实，在180、200和250 ℃下获得的层是本征铁磁半导体，并且在200 ℃下获得的导电层的居里点可以达到至少室温。结果表明，重掺Fe的GaAs层的铁磁性与不同价态的Fe原子通过中间As和Ga原子进行Zener双交换有关。
2020-09-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermal dynamics of charge density wave pinning in ZrTe3
杂质钉扎长期以来一直被认为对无公度电荷密度波（CDW）的动力学有深远的影响，否则CDW将在没有阻力的情况下滑过晶格。在这里，我们可视化的杂质钉扎演变的CDW在ZrTe3使用变温扫描隧道显微镜（STM）。在低温下，我们观察到一个准一维无公度CDW调制适度相关的杂质的位置，表明一个弱的杂质钉扎。随着样品温度的升高，CDW调制逐渐减弱和扭曲，而与杂质的相关性变得更强。在CDW转变温度以上，短程调制持续存在，几乎所有的相位都被杂质钉扎。从弱到强的杂质钉扎通过CDW转变的演变可以理解为失去相刚性的结果。
2021-05-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Photoreflectance Study of the Fundamental Optical Properties of (Ga,Mn)As Epitaxial Films
用光反射谱（PR）研究了低温分子束外延生长的低Mn含量（1%）和高Mn含量（6%）的（Ga，Mn）As稀磁半导体薄膜以及参考GaAs薄膜的基本光学性质。此外，薄膜进行了补充表征超导量子干涉仪（SQUID）的磁力，拉曼光谱，和高分辨率的X射线衍射。通过对PR谱的全线形分析，确定了（Ga，Mn）As中的E0电子跃迁，发现两种（Ga，Mn）As薄膜在布里渊区的Γ点附近的能量能带结构存在显著差异。根据实验结果，讨论了（Ga，Mn）As中价带结构随Mn含量增加的演化，指出Mn含量高时，与Mn有关的杂质带与宿主GaAs的价带合并。
2010-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Testing the GFCCSD impurity solver on real materials within the self-energy embedding theory framework
我们应用格林函数耦合集群单打和双打（GFCCSD）杂质求解器的自能嵌入理论（SEET）框架内的强相关固体中产生的现实杂质问题。我们描述了我们的GFCC求解器实现的细节，调查其性能，并强调潜在的优势和问题的例子，在自洽SEET反铁磁MnO和顺磁SrMnO $_{3}$的杂质。GFCCSD提供了令人满意的描述弱和中度相关的杂质的大小是棘手的现有精确的杂质求解器，如精确对角化（ED）。然而，我们的数据也表明，当相关性变得很强时，GFCC中使用的单打和双打近似可能会导致不稳定的搜索中存在的杂质问题的粒子数。当杂质尺寸变大和存在多个强关联简并轨道时，这些不稳定性显得尤为严重。我们的结论是，充分检查GFCCSD结果的可靠性，并使用它们在充分的{ \em从头计算}在没有实验的情况下，从GFCC求解器与高阶激励的验证是必要的。
2020-12-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.chem-ph
Precise tuning of the Curie temperature of (Ga,Mn)As-based magnetic semiconductors by hole compensation: Support for valence-band ferromagnetism
对于原型稀释铁磁半导体（Ga，Mn）As，存在关于费米能级附近的电子状态的基本关注，即，费米能级是位于由Mn掺杂得到的充分分离的杂质带中（杂质带模型）还是位于已经与Mn得到的杂质带合并的价带中（价带模型）。我们研究这个问题，仔细移动费米能级的载流子补偿的手段。我们使用氦离子注入，一种标准的工业技术，精确地补偿GaAs基稀铁磁半导体的空穴掺杂，同时保持Mn浓度恒定。我们监测居里温度（$T_C$）和电导率的变化。对于包括具有不同Mn和P浓度的（Ga，Mn）As和（Ga，Mn）（As，P）的宽范围的样品，我们观察到在宽的温度范围内当导电从金属变为绝缘时，具有载流子补偿的$T_C$的平滑减小。在高补偿样品中也证实了低于10K的$T_C$的存在。我们的实验结果很自然地解释了价带图片。
2016-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Ground-state properties and molecular theory of Curie temperature in the coherent potential approximation of diluted magnetic semiconductors
在相干势近似（CPA）下，利用价空穴自旋1/2描述和局域自旋与载流子的近藤耦合，研究了GaAs基Ⅲ-Ⅴ族稀磁半导体（DMS）.我们计算的基态能量与杂质磁化强度的关系表明，铁磁性在低温下总是有利的。对于非常弱的近藤耦合，主半导体的态密度（DOS）没有太大的修改。只有当近藤耦合足够强时，杂质带才能在宿主带底产生。利用Weiss分子理论，我们预测了居里温度与近藤耦合和掺杂浓度$x$的线性关系，如果空穴密度与$x$成正比。
2005-12-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Hole spin dephasing in $p$-type semiconductor quantum wells
通过构造和数值求解动力学自旋Bloch方程，研究了具有分离轻空穴和重空穴带的$p$型GaAs（100）量子阱中D 'yakonov-Perel'机制引起的空穴自旋退相时间.我们在计算中包括了所有自旋守恒散射，例如空穴-声子和空穴-非磁性杂质以及空穴-空穴库仑散射。详细研究了温度、空穴密度、杂质密度和Rashba系数对自旋退相的影响。我们还发现库仑散射对自旋退相有显著的贡献。自旋退相时间可以随温度、空穴/杂质密度或库仑散射的包含而增加或减少，这取决于自旋-轨道耦合和散射的相对重要性。由于自旋轨道耦合强度的不同，空穴和电子的许多自旋退相性质也有很大的不同。
2006-02-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Diffusion and transport of spin pulses in an $n$-type semiconductor quantum well
通过建立和数值求解动力学自旋Bloch方程和Poisson方程，并考虑电子-声子、电子-杂质和电子-电子库仑散射，对高温下有和无外加电场的$n$型GaAs（001）量子阱中自旋脉冲的时间演化进行了理论研究.研究了库仑散射的影响，特别是库仑阻力对自旋扩散/输运的影响，并且表明，在没有施加磁场的情况下，自旋振荡和自旋极化沿着自旋扩散的方向反转，这最初由Weng和Wu [J. Appl. Phys. { \bf 93}，410（2003）]，可以在高温（$\sim 200$ K）下维持库仑散射。所获得的结果与Crooker和Smith最近在体GaAs中进行的实验一致，但是在非常低的温度（4K）下[Phys. Rev. Lett. { \bf 94}，236601（2005）]。
2005-10-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
