Effect of Ka-band Microwave on the spin dynamics of electrons in a GaAs/Al0.35Ga0.65As heterostructure
本文报道了Ka波段微波对GaAs/Al_（0.35）Ga_（0.65）As异质结二维电子系统中电子自旋动力学的影响。当微波的频率接近于电子在磁场中的塞曼分裂时，微波降低了体GaAs的横向自旋寿命，而在2D电子系统中，微波显著增加了电子的横向自旋寿命，从745 ps增加到1213 ps。这种微波增强的自旋寿命归因于微波诱导的电子散射，这导致通过DP机制的自旋运动变窄。
2009-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Jahn-Teller Distortion and Ferromagnetism in the Dilute Magnetic Semiconductors GaN:Mn
利用第一性原理总能量方法，我们研究了III-V族稀磁半导体GaAs：Mn和GAN：Mn立方锌层结构中的Jahn-Teller畸变。对于Ga位上的孤立Mn杂质的结果表明，在GaAs中没有明显的影响，而在GAN中存在Jahn-Teller效应，其中杂质周围的对称性从T $_{d}$变为D $_{2d}$或C $_{2v}$。GAN中的大效应是由于局部d $^4$特性而发生的，该特性通过畸变而进一步增强。在具有低Mn浓度的立方GAN中，较低的对称性应该是实验上可检测到的，并且应该受到电荷补偿（空穴的减少和Mn离子向d $^5$的转化，而没有Jahn-Teller效应）的影响。Jahn-Teller效应大大降低，因为由于Mn-Mn相互作用，每个Mn位点处的对称性降低。铁磁性的趋势被发现是更强的GAN：Mn比GaAs：Mn和仅略有减少的电荷补偿。
2004-11-16 cond-mat.mtrl-sci
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
Valence band splitting in bulk dilute bismides
用密度泛函理论计算了不同原子组态和Bi浓度的GaAs $_{1-x}$ Bi $_x$体系的电子结构.结果表明，在$Γ$点处，轻空穴带和重空穴带之间存在Bi诱导的劈裂.我们发现我们的计算分裂和实验数据之间有很好的一致性。分裂的大小强烈地依赖于Bi原子的局部排列，但不依赖于超晶胞的单向晶格常数。通过固定面内晶格常数，研究了GaAs衬底上外延生长引起的外应变的附加影响。
2017-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Calculation of Optical Response Functions of Dilute-N GaPAsN Lattice-matched to Si
稀氮GaPAsN合金在与Si晶格匹配的光电子学方面具有很大的潜力。然而，缺乏对这些合金的光学响应的系统计算。本文采用sp^3d^5s^* sN紧束缚模型计算了稀N GaPAsN的全带电子结构，并在电偶极近似下计算了考虑直接跃迁的光学响应函数.获得良好的协议的介电函数相比，可用的光学数据为稀氮化物。为了实现这一点，GaP和GaAs的sp^3d^5s^* 参数针对其光学性质进行了优化，并与已发表的数据进行了比较，然后将其用作稀N GaPN和GaAsN的sp^3d^5s^*s_N参数的基础。计算的价带和新形成的最低导带的稀氮化物之间的吸收增加的N分数的增加，在协议与实验，主要是由于在整个布里渊区的耦合净增加，在本工作中计算的动量矩阵元素的支持。
2020-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of diluted magnetic semiconductors from atomistic spin dynamics simulations: Mn doped GaAs as a case study
用原子自旋动力学方法研究了稀磁半导体（DMS）磁性的动力学行为。从研究中得出的结论被认为是一般的DMS系统中的低浓度限制，虽然所有的模拟都是为5%的Mn掺杂的GaAs与各种浓度的反位缺陷。计算了磁化曲线$M(T)$和居里温度$T_C$，并与蒙特卡罗模拟和实验结果进行了比较。此外，磁对关联函数的平衡和非平衡行为已经被提取。DMS系统的动力学揭示了一个实质性的短程磁秩序，即使在温度或以上的有序温度，与非零对关联函数延伸到几个原子壳。对于高反位As浓度的模拟显示了一个短程反铁磁耦合，和一个减弱的长程铁磁耦合。对于足够大的浓度，我们没有观察到任何长程铁磁相关。一个典型的动力学响应表明，从一个随机取向的时刻，自旋相关发展非常快（$\sim$ 1 ps）扩展到15个原子壳层。高于$\sim$ 10 ps的模拟中，观察到的对相关延伸到约40个原子壳层。计算了自相关函数，并与铁磁体如体心立方铁和自旋玻璃材料进行了比较。我们没有发现任何证据，在我们的模拟自旋玻璃行为，任何浓度的反位。相反，磁响应更好地描述为慢动力学，至少与bcc Fe等常规铁磁体相比。
2008-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Spin Dynamics in Optically Excited Bulk GaAs at Low Temperatures
本文介绍了在低温下提高光激发条件下GaAs体材料中电子自旋动力学的研究。我们的时间分辨法拉第旋转测量产生亚纳秒电子自旋退相时间在很宽的范围内的n-掺杂浓度的定量协议与微观处理的电子自旋动力学。计算结果表明，在高激发条件下，自旋退相运动窄化的发生和崩溃。我们还发现，在较低的激发条件下，发生金属-绝缘体转变的掺杂密度周围的自旋退相时间的峰值。然而，高激发的实验结果可以解释没有金属-绝缘体转变。因此，我们属性的自旋退相时间的影响，筛选和散射的自旋动力学的激发电子的峰值。
2009-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Coherence and stiffness of spin waves in diluted ferromagnets
我们提出的数值分析结果的磁振子谱的超晶胞模拟二维和散装随机稀释铁磁体与长程对交换相互作用。我们发现，这些强烈无序系统的低能量光谱区域包含一个相干的组件，导致干涉现象表现出的最低激发能通过边界条件的一个显着的敏感性。这些激发能的组态平均值对超晶胞尺寸的依赖性可用于有效地确定自旋波刚度D。所开发的形式主义适用于铁磁锰掺杂的GaAs半导体与可选的掺入磷，得到的浓度趋势的D被发现与最近的实验合理的协议。此外，已经研究了Mn掺杂的GaAs和GAN半导体的自旋刚度与居里温度Tc的关系。结果发现，在这两个系统中的比率Tc/D表现出定性相同的依赖于Mn浓度。
2016-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Temperature and magnetization-dependent band-gap renormalization and optical many-body effects in diluted magnetic semiconductors
计算了典型稀磁半导体GaMnAs在最佳掺杂金属态下的库仑相互作用诱导的密度、温度和磁化强度依赖的多体带隙重整化随载流子密度和温度的变化.我们发现一个大的（约0.1 eV）带隙重整化，这是增强的铁磁过渡。我们还计算了杂质散射对带隙变窄的影响。我们认为，温度，磁化强度和密度相关的带隙重整化可以作为一个实验探针，以确定价带或杂质带的载流子铁磁性的性质。
2005-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Tight-binding analysis of the electronic structure of dilute bismide alloys of GaP and GaAs
我们开发了一个原子的，最近邻sp 3s * 紧束缚哈密顿量来研究稀铋化物合金的GaP和GaAs的电子结构。利用该模型，我们计算了在GaP中掺入稀浓度的Bi在带隙中引入了Bi相关的缺陷态，这些缺陷态通过Bi组分依赖的带反交叉（BAC）相互作用与基质价带边相互作用.通过将这种分析扩展到GaBiAs，我们证明了所观察到的带隙Eg和自旋轨道分裂（SO）能量随Bi组分的强烈变化可以很好地解释为GaAs价带边缘的扩展态和位于价带中的高度局域化的Bi相关缺陷态之间的BAC相互作用，其中Eg的变化还具有来自导带边缘能量的常规合金降低的显著贡献。我们的Eg和SO的计算值与实验在整个调查的组成范围x小于13%，符合得很好。特别是，我们的计算再现实验观察到的交叉Eg < SO制度在大约10.5%的Bi组成散装GaBiAs。最近的X-射线光谱测量表明，存在的Bi对和集群，即使对于Bi的组合物低至2%。我们包括一个系统的研究不同的Bi最近邻环境中的合金，以实现定量的理解Bi配对和集群的影响GaBiAs的电子结构。
2011-11-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.comp-ph
Origin of bulk uniaxial anisotropy in zinc-blende dilute magnetic semiconductors
结果表明，GaAs（001）表面上最近邻的Mn对在[-110]方向上的能量比在[110]方向上的能量低。根据群论和Luttinger的不变量方法，这种特定的Mn分布导致体单轴面内和面外各向异性。用微扰法和从头算方法计算得到的各向异性能的符号和大小与实验结果一致。
2012-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of GaAs1-xNx alloy by soft-X-ray absorption and emission: Origin of the reduced optical efficiency
本文首次利用软X射线吸收（SXA）和发射（SXE）方法测定了稀GaAs_（1-x）Nx（x=3%）合金中N原子的局域电子结构。偏离晶体GAN，特别是在导带中，是戏剧性的。利用SXE/SXA光谱的轨道特征和元素特异性，我们确定了从N原子在价带最大值的电荷转移，减少了与导带最小值的波函数的重叠，作为限制GaAs 1-xNx合金的光学效率的主要因素。此外，还发现了一个k守恒的共振非弹性X射线散射过程，涉及L1导出的价态和导电态。
2002-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Comparison of the Band Alignment of Strained and Strain-Compensated Gainnas QWS on Gaas and Inp Substrates
我们提出了一个比较的Ga 1-xInxNyAs 1-y的GaAs和InP衬底上的有源层在常规应变和应变补偿量子阱的情况下的能带排列。计算结果表明，InP衬底上的拉伸应变Ga_（1-x）InxNyAs_（1-y）量子阱的能带取向优于GaAs衬底上的压缩应变Ga_（1-x）InxNyAs_（1-y）量子阱，并且两种衬底都提供了更深的导电阱。因此，当需要TM偏振时，从能带对准的观点来看，InP衬底上的In浓度x<=0.53的拉伸应变Ga 1-xInxNyAs 1-y量子阱可以安全地使用。我们的计算结果也证实了应变补偿可以用来平衡阱材料中的应变，特别是改善了GaAs衬底上的稀氮化物Ga_（1-x）In_xNyAs_（1-y）有源层的能带取向。我们的计算启发了N基激光器的内在优势，并提供了传统的应变和应变补偿的GaAs和InP衬底上的Ga 1-xInxNyAs 1-y激光器系统作为高温操作的理想候选者。
2006-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and optical properties of GaSb:N from first principles
GaSb：N显示器有望实现访问中红外波长范围的光电子器件。然而，其电子和光学性质的理论和实验结果很少。为了解决这个问题，我们提出了第一性原理，密度泛函理论研究使用混合HSE 06交换相关功能的GaSb掺杂1.6 $\%$氮。为了研究具有小带隙的稀氮化物，局域密度近似（LDA）是不够的，需要更精确的技术，如HSE 06。我们对GaAs：N和1.6 $\%$氮摩尔分数的GaAs：N进行了比较研究，发现GaSb：N比GaAs：N具有更小的带隙，并且显示出更多的带隙弯曲。此外，我们研究的轨道特性的频带，发现最低的导带是准离域的，具有较大的N- $3s$的贡献。在高浓度下，N原子通过主体基质相互作用，形成其自身的色散带，其支配光电性质并主导带隙弯曲。虽然这条带驱动GaSb：N的光学和电子特性，但它的物理特性不能被稀氮化物的传统模型所捕获。因此，我们建议，一个完整的稀氮化物理论应包括轨道特征检查，特别是在高浓度的N。
2014-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Derivation of 12- and 14-band $\textbf{k}\cdot\textbf{p}$ Hamiltonians for dilute bismide and bismide-nitride semiconductors
使用一个$sp^{3}s^{*}$紧束缚模型，我们证明了如何观察到的强弓的带隙和自旋轨道分裂与增加铋成分在稀铋化物合金GaBi $_{x}$作为$_{1-x}$可以描述在带之间的反交叉相互作用的GaAs价带边缘的扩展状态和高度本地化的Bi相关的共振态位于GaAs价带边缘。我们推导出一个12带的$\textbf{k}\cdot\textbf{p}$哈密顿量来描述GaBi $_{x}$ As $_{1-x}$的能带结构，并表明该模型与带边附近的能带结构的全紧束缚计算以及带隙和自旋轨道分裂的实验测量结果非常吻合。基于紧束缚模型的GaBi $_{x}$ N $_{y}$ As $_{1-x-y}$，我们表明，一个很好的近似N和Bi的行为相互独立的无序GaBi $_{x}$ N $_{y}$ As $_{1-x-y}$合金，表明一个简单的描述的能带结构是可能的。本文提出了GaBi $_{x}$ N $_{y}$ As $_{1-x-y}$晶体的14带$\textbf{k}\cdot\textbf{p}$哈密顿量，它精确地再现了带边附近能带结构的全紧束缚计算的基本特征.因此，我们在这里提出的$\textbf{k}\cdot\textbf{p}$模型非常适合这些新型III-V族半导体合金的光电性能的模拟。
2013-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Novel Quaternary Dilute Magnetic Semiconductor (Ga,Mn)(Bi,As): Magnetic and Magneto-Transport Investigations
本文研究了用低温分子束外延技术在GaAs衬底上生长的（Ga，Mn）（Bi，As）四元稀磁半导体薄膜的磁性和磁输运性质。利用磁光克尔效应磁强计和低温磁输运测量研究了薄膜的铁磁居里温度和磁晶各向异性。生长后退火处理已被证明可以提高层中的空穴浓度和居里温度。在平面霍尔效应（PHE）测量中发现，在（Ga，Mn）As层中掺入少量的Bi，磁输运效应的幅度显著增加，这被解释为（Ga，Mn）（Bi，As）层中自旋-轨道耦合增强的结果.平面霍尔电阻在零磁场下的双态行为为非易失性存储器件中的应用提供了有用性。
2016-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative Assessment of Carrier Density by Cathodoluminescence. II. GaAs nanowires
精确控制单根纳米线的掺杂对于纳米线基器件的发展至关重要。在这里，我们研究了一系列MBE生长的GaAs纳米线与Be（p型）和Si（n型）掺杂使用高分辨率阴极发光（CL）映射在低温和室温下。CL光谱分析选择性地在不同区域的纳米线。用广义普朗克定律和吸收模型对室温发光进行了拟合，提取了带隙和带尾宽度。对于Be掺杂的GaAs纳米线，带隙变窄提供了范围从约$1\times 10^{18}$到$2\times 10^{19}$ ~cm $^{-3}$的空穴浓度的定量测定，与目标掺杂水平良好一致。高分辨率的空穴浓度图表明，在纯锌的掺杂部分的均匀掺杂。对于Si掺杂的GaAs纳米线，电子费米能级和低温CL谱的半峰全宽被用来评估电子浓度为约$3\times 10^{17}$至$6\times 10^{17}$ ~cm $^{-3}$。这些发现证实了获得高掺杂n型GaAs纳米线的困难，这可能是由于掺杂补偿。值得注意的是，揭示了NW最顶部的高浓度（5- 9 $\times 10^{18}$ ~cm $^{-3}$）的特征。
2022-01-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electronic Structure of the Dilute Magnetic Semiconductor $Ga_{1-x}Mn_xP$ from Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy and Hard X-ray Angle-Resolved Photoemission
利用硬X射线光电子能谱学（HXPS）和硬X射线角分辨光电子能谱（HARPES）研究了稀磁半导体（DMS）$Ga_{0.98}Mn_{0.02}P$的电子结构，并与未掺杂的$GaP$参考样品进行了比较。我们目前的实验数据，以及理论计算，以了解在这种材料中出现的铁磁性的Mn掺杂剂的作用。讨论了芯能级谱和角分辨或角积分价态谱。特别是，HARPES的实验数据相比，自由电子的最终状态模型计算和更准确的一步光电发射理论。实验结果表明，$Ga_{0.98}Mn_{0.02}P$和$GaP$在角分辨和角积分价谱中存在差异。$Ga_{0.98}Mn_{0.02}P$谱带由于Mn杂质的存在而变宽，Mn杂质干扰主体$GaP$晶体的长程平移顺序。Mn诱导的电子结构的变化，观察到在整个价带范围内，包括一个独特的杂质带接近的DMS的价带最大值的存在。这些实验结果与一步光电发射计算以及$Ga_{0.97}Mn_{0.03}As$和$GaAs$的先前HARPES研究（Gray等人，Nature Materials 11，957（2012））良好一致，证明了这两种材料之间的强相似性。Mn的2p和3s芯能级谱也揭示了掺杂$GaAs$和$GaP$的基本相同的状态。
2018-01-15 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
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
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
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
Rapid diffusion of electrons in GaMnAs
我们报告的超快瞬态光栅测量，以上和以下的居里温度，稀铁磁半导体（Ga，Mn）作为含有6%的锰。在80 K（15 K）时，我们观察到导带中的光激发电子的寿命为8 ps（5 ps），扩散速度约为70 cm 2/s（60 cm 2/s）。这种快速扩散要求电子迁移率超过7，700 cm 2/Vs或导带有效质量小于GaAs值的一半。我们的数据表明，无论是散射率，也没有有效质量的（Ga，Mn）As导带显着不同的GaAs。
2013-06-07 cond-mat.mtrl-sci
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
Effective Heisenberg exchange integrals of diluted magnetic semiconductors determined within realistic multi-band tight-binding models
稀磁半导体（DMS）如Ga $_{1-x}$ Mn $_{x}$ As由GaAs的（价）带的现实紧束缚模型（TBM）、由模拟局部Mn自旋与价带电子的自旋的耦合的齐纳（J-）项、以及由由于Mn杂质引起的附加电势散射（V-）项来描述。我们计算了有效的（海森堡）交换相互作用的两个Mn的价电子介导的时刻。考虑到（6带或8带TBM）和潜在的（杂质）散射V-项的频带数的影响进行了研究。我们发现，对于实际的值的参数的间接交换积分显示出一个长范围的，振荡（RKKY样）的行为，如果V-项被忽略，可能导致自旋玻璃行为，而不是磁序。但是，通过包括一个实际大小的V-项，交换耦合变得短范围，主要是积极的允许铁磁序的可能性。我们的结果是在良好的协议与ab-initio处理的现有结果。
2012-11-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Valence band-anticrossing in GaP$_{1-x}$Bi$_{x}$ dilute bismide alloys: giant bowing of the band gap and spin-orbit splitting energy
使用椭圆偏振光谱测量GaP $_{1-x}$ Bi $_{x}$ /GaP外延层的$x = 3.7$ %，我们观察到一个巨大的弯曲的直接带隙（$E_{g}^Γ$）和价带自旋轨道分裂能量（$Δ_{\textrm{SO}}$）。在掺入1%Bi的情况下，测量到$E_{g}^Γ$（$Δ_{\textrm{SO}}$）降低（增加）约200 meV（240 meV），对应于从GaP到GaP $_{0.99}$ Bi $_{0.01}$的$Δ_{\textrm{SO}}$的大于四倍的增加。$E_{g}^Γ$和$Δ_{\textrm{SO}}$与$x$的演变特征在于强烈的成分依赖性弯曲。我们证明了一个简单的价带-反交叉模型，参数直接从原子的超原胞计算，定量地描述了测量的$E_{g}^Γ$和$Δ_{\textrm{SO}}$与$x$的演变。在对比研究良好的GaAs $_{1-x}$ Bi $_{x}$合金，在GaP $_{1-x}$ Bi $_{x}$替代Bi创建本地化的杂质状态，位于积极的GaP主机矩阵带隙内。这导致出现了双杂化状态的光学活性带，解释了$E_{g}^Γ$和$Δ_{\textrm{SO}}$的整体大弯曲，特别是对于$x \lesssim 1$ %观察到的巨大弯曲。我们的分析提供了洞察行动的Bi作为一个等价的杂质，并构成了第一个详细的实验和理论分析的GaP $_{1-x}$ Bi $_…
2017-10-24 cond-mat.mtrl-sci
A systematic study of spin-dependent recombination in GaAs$_{1-x}$N$_x$ as a function of nitrogen content
本文系统研究了稀氮半导体 GaAs$_{1-x}$N$_x$ 中自旋相关复合随氮含量的变化，发现 SDR 比值随氮含量增加而单调下降，所需激发功率增大，并将其归因于电子活性缺陷密度的升高。
2022-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Light-Activated Nuclear Spin Polarization in Dilute Ferromagnetic (Ga,Mn)As
研究了生长在GaAs衬底上的Ga_（1-x）Mn_xAs（x 0.04）薄膜的光致核自旋极化。高场感应探测Ga-71核磁共振与样品浸没在超流He研究连续波近带边光学照明的影响晶格核自旋在铁磁相。利用圆偏振光记录GaAs和GaMnAs薄膜样品的光致NMR信号的光子能量依赖性。在外加磁场条件下，采用修正的8带Pidgeon-Brown模型，用k.p方法计算了电子能带结构，并对数据进行了解释。NMR跃迁强度的光子能量依赖性表现出的吸收带边的移位;相对于激发光的螺旋度的意义的不变性;和在光子能量依赖性的振荡的情况下，所有这些都与理论预测一致。通过可变光强研究和光/暗调制光泵浦实验研究了光激活NMR实验的动力学。这是因为掺杂Mn（一种p型掺杂剂）可以将费米能级推入价带深处，并阻止产生自旋极化电子所需的光学跃迁（Burstein-Moss效应）。此外，计算出的传导电子g因子的增强超过两个数量级，预计淬火的电子-核自旋角动量转移，这阻碍了超极化的晶格核。可变光强度和光学门控的实验揭示了与光诱导四极弛豫一致的机制，该过程肯定会干扰该材料中晶格核自旋态中量子信息的光学传输和存储。
2021-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Deep-level structure of the spin-active recombination center in dilute nitrides
利用自旋敏感光致电流瞬态光谱揭示稀氮化物中镓间隙缺陷的深能级结构，发现除已知两个能级外还存在一个此前被忽视的近价带边能级，为改进自旋依赖复合模型提供依据。
2023-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Noise studies of magnetization dynamics in dilute magnetic semiconductor heterostructures
本文从理论和实验上研究了δ掺杂Mn半导体异质结电阻率噪声的频率和温度特性。电阻率噪声被观察到作为频率的函数是非单调的。作为温度的函数，对于约50%的电阻率增加，噪声增加两个数量级。我们研究了电阻率噪声的两种可能来源--动态自旋涨落和电荷涨落，发现动态自旋涨落与观测到的噪声数据更相关。电阻率噪声的频率和温度依赖性提供了关于磁相互作用性质的重要信息。特别是，我们展示了如何噪声测量可以帮助解决一个长期存在的争论是否锰掺杂GaAs是一个p-d齐纳/RKKY或双交换铁磁体。我们的分析包括不同种类的障碍，如自旋玻璃型的相互作用和现场稀释型的障碍的影响。我们发现，在这些结构的电阻率噪声很好地描述了一个无序RKKY铁磁体模型动力学与保守的序参量。
2012-06-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First principles study of the origin and nature of ferromagnetism in (Ga,Mn)As
本文用第一性原理计算研究(Ga,Mn)As铁磁性，揭示p-d杂化及导带、价带不同耦合机制，并通过多重散射修正解释从头算结果。
2000-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and magnetism of Mn doped GaN
Mn掺杂半导体杂质半导体由于其新颖的磁性而成为自旋电子学应用中非常感兴趣的系统。最近的理论和实验都表明，Mn掺杂GAN系统与Mn掺杂GaAs系统相比具有非常高的居里温度。为了理解Mn掺杂GaN的电子和磁性，我们用第一性原理平面波方法对Mn掺杂GAN系统进行了详细的研究。在这里，我们显示不同的Mn浓度的电子和磁性的影响。对于稀Mn浓度，Mn的$d$态形成与基质GAN的价带态完全分离的杂质带。这与Mn掺杂的GaAs系统相反，在Mn掺杂的GaAs系统中，带隙中的Mn $d$态非常靠近价带边缘，并且与离域的价带态强烈杂交。为了研究电子关联的影响，进行了LSDA+U计算。计算的交换相互作用在（Mn，Ga）N是短期的相反，在（Mn，Ga）的Mn自旋之间的铁磁耦合的强度基本上没有降低大的Mn-Mn分离。此外，由于Mn原子之间通过As键的连接的存在或不存在，交换相互作用在不同的结晶方向上是各向异性的。
2003-08-26 cond-mat.mtrl-sci
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
Monolithic axial InGaAs quantum dot emitters in GaAs-based nanowires via Sb-mediated facet engineering
Walter Schottky Institute, TUM School of Natural Sciences, Technical University of Munich（慕尼黑工业大学沃尔特·施科特基研究所自然科学学院）；Institute for Physics and Astronomy, Technical University Berlin（柏林工业大学物理与天文学研究所）；Department of Chemistry, Ludwig-Maximilians-University of Munich（慕尼黑大学化学系）；Walter Schottky Institute, TUM School of Computation, Information and Technology, Technical University of Munich（慕尼黑工业大学沃尔特·施科特基研究所计算、信息与技术学院）；Department of Physics, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校物理系）
本研究通过Sb介导的facet工程开发了GaAs基纳米线中的InGaAs量子点发射体，解决了轴向量子发射体的制备难题，实现了单片集成的单光子源。
2026-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Unfolding the band structure of disordered solids: from bound states to high-mobility Kane fermions
超原胞常用于从头计算中，以模拟化合物合金、表面和缺陷。超原胞电子结构计算的主要挑战之一是恢复受无序扰动的电子本征态的布洛赫特征。在这里，我们应用光谱重量的方法展开的电子结构的III-V族和II-VI族半导体固溶体。说明性的例子包括：稀Ga（PN）中类施主态的形成及其旋光性的增强，稀GaAs：Bi中价带反交叉的直接观察，以及三元（HgCd）Te合金中伴随着高迁移率Kane费米子出现的拓扑带交叉。该分析有助于解释合金的光学和输运特性，否则在传统的第一性原理超晶胞计算中是模糊的。
2014-09-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Pt-incorporated anatase TiO2(001) surface for solar cell applications : First-principles density functional theory calculations
采用第一性原理密度泛函理论计算了Pt以置换杂质和间隙杂质的形式注入TiO $_2$（001）的低能几何构型，并在表面以吸附物的形式注入.我们研究了这种系统的Pt掺入在这个表面的电子结构中的隔离和相互作用的杂质的带隙到可见光区的减少的重点的效果。对1x 1表面的综合计算表明，间隙腔中的Pt离子导致局部偏析，在内部形成金属线，而取代体Ti和吸附驱动四个强烈分散的杂质态从价带到带隙中，窄化约1.5 eV。因此，这种连续的Pt掺入将Pt驱动到红外区。另一方面，Pt取代表面Ti，使表面金属化。2x2表面的系统趋势表明，Pt可以被封装在内部，形成稳定的结构，作为一个强大的Pt-O相互作用的结果，以及吸附和替代的情况。对于2x2表面模型考虑的稀杂质表现出由价带驱动的平坦状缺陷态，所述价带使适合于获得可见光响应性二氧化钛的能隙变窄。
2009-03-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ferromagnetic transition temperature enhancement in (Ga,Mn)As semiconductor by carbon co-doping
我们提出了一个理论研究（Ga，Mn）（As，C）稀磁半导体与高C受体密度，结合的见解从唯象模型和微观方法。紧束缚相干势近似用于描述Mn $_{\rm Ga}$和C $_{\rm As}$杂质存在下的电子结构。我们发现，即使在百分之几的掺杂水平上，C对靠近价带顶部的电子态的分布和相干性以及Mn时刻之间的耦合的影响也很小，这些结果证明了将价带中的巡回空穴介导的铁磁Mn-Mn耦合模型应用于C掺杂样品也是合理的。铁磁转变温度的增加，由于C受体的存在下，说明通过计算，使用k.p科恩-Luttinger描述的GaAs价带，并假设系统中Mn的本地时刻和巡回孔密度可以独立地变化。
2003-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Bismuth-doped Ga2O3 as candidate for p-type transparent conducting material
氧化镓（Ga 2 O3）是一种宽带隙半导体，有望用于紫外传感器和高功率晶体管应用，Baliga的品质因数远远超过GAN和SiC，仅次于金刚石。通过合金化设计其能带结构将拓宽其应用范围。利用混合密度泛函计算，我们研究了添加Bi到Ga 2 O3的影响。而在III-V族半导体中，如GaAs和InAs，Bi倾向于取代在磷属元素位上，我们发现，在Ga 2 O3中，Bi更倾向于取代在Ga位上，导致稀（Ga_{1-x} Bi_{x}）2 O3合金具有独特的电子结构特性。添加几个百分比的Bi通过引入能量显著高于主体材料的价带的中间价带来减小Ga 2 O 3的带隙。该中间价带主要由Bi 6s和O 2 p轨道组成，并且其能量足够高以提供p型掺杂的机会。
2019-06-03 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
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
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
Electronic- and band-structure evolution in low-doped (Ga,Mn)As
利用调制光反射光谱和拉曼光谱研究了（Ga，Mn）As外延层的电子结构和能带结构随Mn掺杂量的变化。用高分辨X射线衍射仪和超导量子干涉仪分别对薄膜的结构和磁性进行了表征。在非常低掺杂的（Ga，Mn）As层与n型导电性的带隙跃迁能量随Mn含量的增加而降低的结果被解释为合并的结果与主机GaAs价带Mn相关的杂质带。另一方面，在具有较高Mn含量和p型导电性的（Ga，Mn）As层中，随着Mn含量的增加，带隙跃迁能量增加，这表明由于自由空穴浓度所确定的价带内的费米能级位置导致吸收边的Moss-Burstein位移。实验结果与（Ga，Mn）As稀磁半导体中移动空穴介导的铁磁有序的价带起源一致。
2013-05-17 cond-mat.mtrl-sci
