Band engineering in dilute nitride and bismide semiconductor lasers
高度失配的半导体合金如GaNAs和GaBiAs具有几种新颖的电子性质，包括随着x的增加能隙的快速减小，以及对于GaBiAs，随着Bi组分的增加自旋轨道分裂能的强烈增加.我们在这里审查的电子结构的合金和它们的后果理想的激光器。然后，我们描述了在实际的GaInNAs远程通信激光器的演示取得的实质性进展。这些具有与传统InP基器件相当的特性。这包括对阈值电流的强俄歇贡献。然而，我们发现，在GaBiAs和GaBiNAs中的大的自旋轨道分裂能量可能导致抑制占主导地位的俄歇复合损耗机制，最终打开了有效的温度稳定的远程通信和更长波长的激光器的路径，显著降低功耗。
2012-08-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
Theory for the electromigration wind force in dilute alloys
提出了稀合金中原子电迁移风力的多重散射公式。该理论通过空位机制描述电迁移。该方法用于计算具有密排晶格结构的各种主体金属（即铝、贵金属铜、银和金以及$4d$过渡金属）中的电迁移的风价。铝和贵金属的自电迁移结果与实验数据进行了比较。对于$4d$金属小风价被发现，这使得这些金属有吸引力的候选人的直接价的实验研究。
1997-10-08 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
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
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
Enabling visible-light absorption and p-type doping in In2O3 by adding Bi
In 2 O3是一种原型宽带隙半导体，当高度掺杂Sn时，其表现出金属导电性，同时保持对可见光的高度透明性。它被广泛用作太阳能电池和LED中的透明窗口/电极。如果还可以实现p型导电性，则In 2 O3的功能将大大扩展。使用电子结构计算，我们表明，添加Bi到In 2 O 3中，在稀释的（In_{1-x} Bi_{x}）_2 O 3}合金的形式，导致一个新的价带是足够高的能量比原来的O-2 p价带，允许p型掺杂。此外，在（In_{1-x} Bi_{x}）_2O3}稀合金中升高的价带导致在可见光谱中的强光学吸收，从而为诸如串联太阳能电池中的宽带隙吸收层的新应用开辟了道路。
2018-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Origin and control of ferromagnetism in dilute magnetic semiconductors and oxides
本文综述了磁掺杂杂质半导体和氧化物中空穴介导的铁磁性以及不含价带空穴的材料中高温铁磁性的起源。有人认为，在这些系统中，旋节分解成区域的大和小浓度的磁性组件发生。这种磁性纳米晶体的自组织组装可以通过共掺杂和生长条件来控制。这些多组分系统的功能一起描述了它们在自旋电子学，纳米电子学，光子学，等离子体激元学和热电的应用前景。
2007-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Response properties of III-V dilute magnetic semiconductors: interplay of disorder, dynamical electron-electron interactions and band-structure effects
自旋和电荷无序介质中的电子响应的理论，特别是针对描述III-V族稀磁半导体，如GaMnAs。该理论结合了详细的k.p描述的价带，其中的巡回载体被假定为居住，与第一性原理计算的无序贡献使用的运动方程的方法为当前的响应函数。利用含时密度泛函理论对电子-电子相互作用进行了全动态处理。研究发现，价带内的集体激发通过提供有效的动量弛豫通道而显著提高载流子弛豫速率。然而，这种弛豫速率的修改，只有一个很小的影响，在GaMnAs，这主要是由价带结构的细节，并发现与实验一致的红外光学电导率。
2011-01-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Configuration Dependence of Band Gap Narrowing and Localization in Dilute GaAs_{1-x} Bi_x Alloys
在III-V族半导体中用铋（Bi）进行阴离子取代是在低Bi浓度下，特别是在砷化镓（GaAs）中进行带隙Eg的实验工程的有效方法。在低浓度x下，Eg与Bi浓度的反相关性是线性的，并且由As和Bi占据的p能级之间的价带-缺陷能级反交叉决定.这种依赖性在高浓度下分解，其中仅考虑As-Bi相互作用的经验模型不适用。预测模型的价带杂化需要一个第一原理的理解，可以通过密度泛函理论获得的主要挑战是适当的描述Eg和自旋轨道耦合。通过使用一种有效的方法，包括这些影响，它在这里示出，在高浓度下，Eg主要是由一个Bi-Bi p轨道相互作用和由大Bi原子引起的应变修改。这表明了通过改变实验生长条件获得的不同原子构型在工程砷化物带隙中的作用，特别是在电信激光技术中。
2016-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Fermi Surfaces and $p$-$d$ Hybridization in the Diluted Magnetic Semiconductor Ba$_{1-x}$K$_{x}$(Zn$_{1-y}$Mn$_{y}$)$_{2}$As$_{2}$ Studied by Soft X-ray Angle Resolved Photoemission Spectroscopy
用角分辨光电子能谱（ARPES）研究了新型稀磁半导体Ba $_{1-x}$ K $_{x}$（Zn $_{1-y}$ Mn $_{y}$）$_{2}$ As $_{2}$（$x=0.30$，$y=0.15$）的电子结构. %的高密度态的非色散带组成的Zn $3d$轨道与紫外光入射观察。用软X射线测量澄清的主机价带电子结构主要由作为$4p$状态。观察到$Γ$点周围的两个空穴袋、$Γ$点和Z点周围的一个空穴波纹圆柱以及Z点周围的一个电子袋，并解释了Ba $_{1-x}$ K $_{x}$（Zn $_{1-y}$ Mn $_{y}$）$_{2}$ As $_{2}$的金属输运.这与Ga $_{1-x}$ Mn $_{x}$ As（GaMnAs）形成对比，其中它位于As $4p$价带最大值（VBM）上方，并且没有明确识别出费米面。共振软X射线ARPES测量揭示了一个非色散（近藤共振样）锰$3d$杂质带附近的费米能级，在GaMnAs的情况下。然而，杂质带位于VBM下方，不像GaMnAs中的杂质带位于VBM周围和上方。我们的结论是，虽然Mn $3d$和作为$4p$轨道之间的强杂化在创建杂质带和诱导高温铁磁性在这两个系统中起着重要的作用，金属运输可能主要发生在主机的价带中Ba $_{1-x}$ K $_{x}$（Zn $_{1-y}$ Mn $_{y}$）$_{2}$作为$_{2}$和GaMnA…
2015-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Perturbation analysis on large band gap bowing of dilute nitride semiconductors
与传统的经验定律相反，稀氮化物半导体的带隙随氮浓度的增加而减小。尽管有一些调查，这种“大带隙弯曲”的起源，仍在争论中。为了阐明这一现象，我们研究的GAN $_x$ As $_{1-x}$的带边能量的变化，由于氮的微扰理论。发现导带边的能量移动是由Ga原子在N周围的位移引起的$Γ$ -态和L-态和/或$Γ$ -态和X-态之间的混合引起的。我们还发现，尽管氮原子的电势为负，但价带边态仍有上移的现象。从波函数的性质和微扰势的对称性可以很好地理解这些结果。
2015-07-14 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
Superexchange coupling between a dilute Gd3+ probe and orphan spins in a valence-bond glass
Villanova University（维拉诺瓦大学）
该研究通过掺杂Gd³⁺探针的电子顺磁共振，发现价键玻璃Ba₂YMoO₆中孤自旋与Gd³⁺间存在J≈0.2 K的转移f-d超交换，线宽可静态量度其耦合，半场卫星峰坍缩反映动态退相干，实现对孤自旋耦合与动力学的探测。
2026-10-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Mixed-valence state in the dilute-impurity regime of La-substituted SmB$_6$
本文结合ARPES和XAS研究Sm$_x$La$_{1-x}$B$_6$中Sm平均价态随La替代的演化，发现价态涨落在x≈0.2处被抑制后又在稀杂质极限下重入式增加至约2.35，揭示了混合价态的非常规演化。
2024-09-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Element- and momentum-resolved electronic structure of the dilute magnetic semiconductor manganese doped gallium arsenide
稀磁半导体由于其在室温下具有铁磁有序的潜力，以及各种独特的开关和自旋相关的导电性能，在基于自旋的电子学应用中具有前景。然而，过渡金属掺杂产生铁磁性的确切机制一直存在争议。在这里，我们研究了稀磁半导体（5%的锰掺杂砷化镓）布拉格反射驻波硬X射线角分辨光电子能谱，并解决其电子结构的元素和动量分辨组件。使用Ga 3d、Mn 2 p和As 3d核心能级的类似能量扫描，将测量的价带强度投影到元素分辨分量中，结果与元素投影布洛赫光谱函数非常一致，并澄清了这种原型材料的电子结构。该技术可广泛应用于其他多元素材料。
2018-09-12 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
X-ray magnetic circular dichroism and photoemission study of the diluted ferromagnetic semiconductor Zn$_{1-x}$Cr$_x$Te
我们对稀磁半导体Zn $_{1-x}$ Cr $_x$ Te进行了X射线磁圆二色性（XMCD）和价带光电子能谱研究。在Cr 2 p吸收边观察到由于铁磁性引起的XMCD信号。与原子多重态计算的比较表明，磁活性成分的Cr离子是二价的四面体晶体场与沿晶体a，b，和c轴的tetrahistoric失真。在价带谱中，费米能级附近的谱权重被强烈抑制，表明了Jahn-Teller效应和Cr 3d电子之间强库仑相互作用的重要性。
2007-10-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Theory of optical conductivity for dilute GaMnAs
我们建立了一个半微观理论，来描述GaMnAs在稀释极限（x = 1%）下的光学电导率。我们构建了一个有效的哈密顿量，捕获内杂质带的光学跃迁，以及之间的价带和杂质带的跃迁。哈密顿量的所有参数计算从微观变分计算。在未补偿样品的x = 0.2 - 0.3和补偿样品的x = 1-3%的浓度范围内，我们发现杂质带内存在金属-绝缘体跃迁，与实验符合得很好。我们发现光学质量m_opt = m_e，除了在金属-绝缘体转变附近，它达到m_opt = 10 m_e，几乎与杂质浓度无关。我们还重现了中红外峰在\hbar ω= 200 meV，掺杂后红移，在定量协议的实验。
2009-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Electronic excitations of magnetic impurity state in diluted magnetic semiconductor (Ga,Mn)As
用共振非弹性X射线散射（RIXS）研究了（Ga，Mn）As中Mn掺杂的电子结构。从组态相互作用簇模型计算，Mn $L_3$ RIXS光谱的线形可以解释为从Mn $^{3+}$基态的$d$ - $d$激发，主要由电荷转移态，而不是Mn $^{2+}$基态。与典型的$d$ - $d$激发不同，峰宽比实验能量分辨率宽。我们将加宽归因于$d$ - $d$激发的有限寿命，其通过Mn $3d$轨道与配体带的杂化而快速衰减为主体价带和导带中的电子-空穴对。
2013-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Valence-band structure of ferromagnetic semiconductor (InGaMn)As
为了弄清原型铁磁半导体（III，Mn）As（III：In和Ga）的价带结构的全貌，我们对生长在AlAs/In_（0.53）Ga_（0.47）As：Be/ p+InP（001）上的[（In_（0.53）Ga_（0.47））_（1-x）Mn_x]As（x=0.06-0.15）和In_（0.87）Mn_（0.13）As进行了系统的共振隧穿谱实验。结果表明，InGaMnAs的价带几乎保持不变，带隙中存在费米能级，（InGaMn）As的价带中的p-d交换劈裂小到可以忽略不计.在In_（0.87）Mn_（0.13）As样品中，虽然由于InP和InMnAs之间晶格失配引起的大应变导致共振峰很弱，但我们的结果也表明，带隙中存在费米能级，价带中的p-d交换劈裂很小，可以忽略不计.这些结果与GaMnAs薄膜的相同方法得到的结果非常相似，即在InGaMnAs和In_（0.87）Mn_（0.13）As薄膜中，价带中没有空穴，杂质带空穴主导了薄膜的输运和磁性。这种带图片的（III，Mn）As是显着不同的II-VI基稀磁半导体。
2012-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Theory of Manganese-Manganese interaction in GaMnAs
在价带六带模型的框架下，采用变分包络波函数方法研究了稀磁半导体GaMnAs中两个Mn离子的相互作用.我们发现，在一个典型的间距d的Mn核心自旋之间的有效相互作用是强各向异性的活性Mn浓度小于x = 1.3%，但它几乎是各向同性的较短的距离（d <13）。因此，在未退火和强补偿的样品中，必须存在强的阻挫效应。我们还验证了在稀释极限x <1.3%时可以使用有效的哈密顿描述，并提取了该有效哈密顿的参数。
2005-05-02 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
Systematic changes of the electronic structure of the diluted ferromagnetic oxide Li-doped Ni$_{1-x}$Fe$_x$O with hole doping
利用光电子能谱（PES）和X射线吸收谱（XAS）研究了Li掺杂Ni $_{1-x}$ Fe $_x$ O的电子结构. Ni $2p$芯能级的PES和XAS谱没有被Li掺杂改变。相反，Fe $^{3+}$强度相对于Fe $^{2+}$强度随着Li掺杂而增加。而Fe $^{3+}$的增加只是掺杂Li含量的$\sim 5%$，表明大部分掺杂空穴进入O $2p$和/或电荷转移组态Ni $3d^8\underline{L}$。随着Li含量的增加，Fe的3d偏态密度和价带顶附近的主价带发射增加，这与电导率的增加是一致的。基于这些发现，束缚磁极化子的渗流被认为是铁磁行为的起源。
2007-11-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Characterization of solution processed TiOx buffer layers in inverted organic photovoltaics by XPS and DFT studies
我们提出的XPS测量结果（核心水平和价带）的溶液处理的TiO x薄膜制备的丁醇钛（C16 H36 O 4 Ti）在异丙醇中稀释，这是一个常见的溶胶-凝胶路线，用于制造TiO x电子选择性接触ITO/TiO x倒置的有机光致发光底部电极。XPS Ti 2 p和价带谱显示了在Si上沉积的丁醇钛的谱中不存在的附加特征的存在，并且归因于ITO/TiOx中Ti^{3+}价态的出现。这一结论得到了化学计量比TiO 2和缺氧TiO_{2-1/8}的密度泛函理论电子结构计算的证实。XPS C 1 s测量显示C-O和O-C=O键的形成，这证明存在残余碳，其可以从膜网络中吸收氧并诱导TiOx膜中的Ti 3+态的形成。
2014-11-06 cond-mat.mtrl-sci
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
Magnetic circular dichroism from the impurity band in III-V diluted magnetic semiconductors
III-V稀磁半导体的磁性圆二色性，计算在一个理论框架内，适合于高度无序的材料，示出占主导地位的散装带和杂质带之间的光学跃迁形成的磁性掺杂状态。该理论框架采用了真实空间格林函数，以适当地将空间相关性的无序导带和价带电子结构，并包括扩展和本地化的电子状态在平等的基础上。我们的研究结果调和不寻常的趋势，在实验中的磁性圆二色性在III-V DMS与反铁磁的p-d交换之间的相互作用的磁性掺杂剂自旋和它的主机。
2008-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
Hole states in wide band-gap diluted magnetic semiconductors and oxides
磁掺杂GAN和ZnO的光电发射和光学研究结果之间的令人困惑的分歧解释在一个广义的合金理论。结果表明，价带空穴与局域自旋的强耦合导致了带隙中的类Zhang-Rice态，使表观p-d交换积分符号反转，并使带隙随磁离子浓度的增加而增大.
2007-03-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Nitrogen local electronic structure in Ga(In)AsN alloys by soft-X-ray absorption and emission: Implications for optical properties
利用软X射线发射光谱和吸收光谱的元素特异性，测定了Ga（In）AsN稀半导体合金（N浓度约为3%）中N原子的局域电子结构，并考虑到这类材料在光电子学中的应用。Ga（In）AsN中的N局域电子结构与GAN中的结晶态的偏离在价带和导带中都是显著的。特别是，耗尽的价带最大值的N本地电荷，发生在N杂质，出现作为一个基本的起源降低光学效率的Ga（In）AsN。在大浓度的掺入形成富In的N局部环境，如In4N，其电子结构朝着提高效率的方向发展。此外，尽管Ga（In）AsN的随机合金性质，一些价态和导电状态的k特征在共振非弹性X射线散射中表现出来。
2003-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Comment on "Alternative interpretation of the recent experimental results of angle-resolved photoemission spectroscopy on GaMnAs [Sci. Rep. 6, 27266 (2016)]" by M. Kobayashi et al., arXiv:1608.07718
最近，Kobayashi等人（arXiv：1608.07718;参考文献1）对我们的角度分辨光电子能谱（ARPES）对稀铁磁半导体（Ga，Mn）As的结果提出了另一种解释。他们声称我们的ARPES数据[科学。Rep. 6，27266（2016）;参考文献2]可以通过将费米能级EF定位在价带顶上方来解释，支持铁磁（Ga，Mn）As的杂质带模型。在这篇评论中，我们表明Kobayashi等人关于EF的谱带位置的分配与我们的数据不一致。通过比较ARPES的结果与能带结构的计算，我们清楚地表明，EF驻留在价带根据p-d齐纳模型。
2016-09-05 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
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
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
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
Mean-field theory of magnetic properties of Mn$_x$III$_{1-x}$V semiconductors
本文提出了Mn $_x$ III $_{1-x}$ V稀磁半导体中载流子感生铁磁性的平均场论，特别强调了磁各向异性。价带空穴用六带Kohn-Luttinger模型描述。我们发现，磁各向异性是一个复杂的函数的样品参数，如孔密度或应变。我们的数值模拟结果与压缩和拉伸应变的样品上的磁各向异性测量结果一致。
2001-03-16 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
Electronic structure of Sn(1-x)Mn(x)Te semiconducting solid solution: a resonant photoemission study
Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所）
本文通过共振光电发射研究Sn(1-x)Mn(x)Te的电子结构，揭示Mn对价带的影响及热电性能提升机制。
2026-01-08 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
Chemical trend of exchange couplings in diluted magnetic II-VI semiconductors
计算了Zn基Ⅱ-Ⅵ族半导体ZnA（A=O，S，Se，Te）中Co或Mn掺杂后的磁交换参数（$J_{dd}$，$N α$，和$N β$）的化学趋势。我们表明，适当的处理电子相关的LSDA+ $U$方法导致最近邻交换耦合$J_{dd}$的实验值和理论值之间的本地化3 $d$自旋的LSDA方法相比，有很好的一致性。导带$N α$中局域自旋与掺杂电子之间的交换耦合也与实验符合得很好。但$N β$（与价带中掺杂空穴的耦合）的值表明从弱耦合（对于A=Te和Se）到强耦合（对于A=O）的交叉以及ZnO：Mn中的局域空穴态。空穴局部化解释了ZnO：Mn的光电发射和磁光数据之间的明显差异。
2009-04-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
p-Type Zinc Oxide Spinels: Application to Transparent Conductors and Spintronics
我们报告的电子和光学性质的两个理论上预测的稳定的尖晶石化合物的形式ZnB 2 O 4，其中B = Ni或Cu;没有化合物之前已经合成，所以我们比较他们以前研究的p型ZnCo 2 O 4尖晶石。这些新材料表现出自旋极化，这是理想的自旋电子学应用，和广泛的电导率最大值附近的价带边缘，促进p型掺杂。我们发现，八面体配位的Zn原子上的3d电子深入价带内，对材料的电子结构没有显著贡献，而O 2 p和四面体配位的B 3d电子在浅价态中广泛杂化，导致曲率增加（即，降低的电子有效质量）的带边附近的价带。特别地，ZnCu 2 O 4在价带边缘附近表现出高电导率，在σ = 2 × 10^4 S/cm时，是ZnCo 2 O 4（这类材料中先前合成的化合物）的最大值的两倍。这种材料在其所有最稳定的结构中也表现出铁磁性，这使其成为进一步研究稀磁半导体的良好候选者。
2013-12-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Long-range ferromagnetic correlations between Anderson impurities in a semiconductor host
本文用量子蒙特卡罗方法研究了半导体基质中的双杂质安德森模型。我们发现，杂质自旋表现出铁磁相关的范围，可以大大增强比在半填充金属带。特别地，当费米能级位于价带顶部以上时，该范围最长，并且随着杂质束缚态被占据而减小。与光电子发射和光吸收实验的比较表明，该模型捕捉的基本电子结构的Ga_{1-x} Mn_xAs，原型稀磁半导体（DMS）。这些数值结果也可能是有用的合成DMS或稀氧化物铁磁体具有较高的居里温度。
2006-11-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The Carbon State in Dilute Germanium Carbides
研究通过能带与轨道投影分析Ge:C中替位碳形成的新导带，揭示其直接带隙、光学活性及类空位扰动机制。
2019-10-16 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Energetic, electronic and magnetic properties of Mn-dimers on reconstructed (001) GaAs surfaces
我们研究了在重建的$(001)$ GaAs表面上的稀释置换Mn对的能量、磁性和电子性质。这些研究是基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算。我们证明了系统的稳定性强烈依赖于位置，取向和Mn原子之间的距离构成对。独立考虑的表面重建模式，锰对与锰原子是最近的邻居（NN）的阳离子亚晶格变成是积极的更有利的比对锰原子之间的距离较大。然而，Mn-NN-对的优先堆积取向取决于表面重构，并且平行于$[110]$或$[1\bar{1}0]$晶体学方向。我们还揭示了Mn-NN对的磁有序机制。沿着$[110]$结晶方向的Mn-NN对总是表现出Mn自旋的铁磁对准，而沿着$[1\bar{1}0]$方向的Mn-NN对中的自旋大多是反铁磁对准的。在含铁磁自旋Mn对的体系的电子结构中，我们观察到费米能级附近的价带空穴态。这表明，在这个原型的稀磁半导体的表面铁磁性可以解释的$p$ - $d$齐纳模型。
2017-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Influence of s,p-d and s-p exchange couplings on exciton splitting in (Zn,Mn)O
本工作介绍了（Zn，Mn）O外延层的近带隙磁光研究结果。我们观察到激子的反射率和光致发光的转变，转向更高的能量时，锰浓度的增加和分裂非线性下的磁场。激子位移由与磁性离子的s，p-d交换耦合、电子-空穴s-p交换和自旋-轨道相互作用决定。磁反射率的定量描述结果表明，自由激子A和B分别与γ_7和γ_9价带，顺序相反的纤锌矿GAN相比。此外，我们的结果表明，巨激子分裂的大小，特定于稀磁半导体，是不寻常的：磁反射率数据描述的有效交换能N_0（β-α）=+0.2+/-0.1 eV，这表明小和积极的N_0 β。结果表明，带隙随x的增加和交换能N_0 β的小正值都证实了最近的理论，即价带的交换劈裂是以非微扰的方式进行的，适用于强p-d杂化的情况。
2011-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Disorder, spin-orbit, and interaction effects in dilute ${\rm Ga}_{1-x}{\rm Mn}_x{\rm As}$
我们推导了${\rm Ga}_{1-x}{\rm Mn}_x {\rm As}$在稀释极限下的有效哈密顿量，其中${\rm Ga}_{1-x}{\rm Mn}_x {\rm As}$可以用自旋$F=3/2$极化子在{ \rm Mn}位之间跳跃并耦合到局域{ \rm Mn}自旋来描述.我们确定我们的模型的参数，从微观计算使用变分法和精确的对角化内的所谓的球面近似。我们的方法对待非常大的库仑相互作用在一个非微扰的方式，并捕获强自旋轨道耦合和Mn位置无序的影响。我们研究了平均场和变分计算中的有效哈密顿量，包括零温和有限温下空穴间相互作用的影响。我们研究了由此产生的磁性，如磁化强度和自旋无序表现在一般非共线的磁性状态。我们发现一个良好形成的杂质带相当好地分离的价带高达$x_{\rm active} \lesssim 0.015$的参与率的有限尺寸标度研究表明本地化过渡，即使在存在强现场相互作用，其中$x_{\rm active}<x_{\rm nom}$是磁活性锰的分数。我们研究了局域化转变作为空穴浓度，Mn位置无序，和空穴之间的相互作用强度的函数。
2005-03-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of In$_{1-x}$Mn$_x$As studied by photoemission spectroscopy: Comparison with Ga$_{1-x}$Mn$_x$As
用光电子能谱研究了$p$型稀磁半导体In $_{1-x}$ Mn $_x$ As的电子结构.发现Mn 3 $d$的分态密度与Ga $_{1-x}$ Mn $_x$ As的分态密度基本相似.然而，与Ga $_{1-x}$ Mn $_x$ As不同，未通过角分辨光电子能谱观察到靠近价带顶部的杂质带状态。这种差异可以解释In $_{1-x}$ Mn $_x$ As和Ga $_{1-x}$ Mn $_x$ As在输运、磁性和光学性质上的差异。这种电子结构的不同归因于In $_{1-x}$ Mn $_x$ As中的Mn 3 $d$ - As $p$杂化比Ga $_{1-x}$ Mn $_x$ As中的弱.
2002-03-04 cond-mat.mtrl-sci
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
Theory of Magnetic Anisotropy in III_{1-x}Mn_{x}V Ferromagnets
本文提出了具有载流子感生铁磁性的${\rm III}_{1-x}{\rm Mn}_{x}{\rm V}$稀磁半导体的磁各向异性理论。该理论是基于四个和六个带包络函数模型的价带空穴和平均场处理的交换相互作用与${\rm Mn}^{++}$离子。我们发现，易轴重新取向可以发生作为温度，载流子密度$p$，和应变的函数。预测在无应变样品的磁各向异性有一个$p^{5/3}$空穴密度的依赖性在小$p$，一个$p^{-1}$的依赖性在大$p$，并在中间密度显着大的值。一个明确的表达式，有效的小$p$，给出了由于非弛豫外延生长晶格匹配应变的磁各向异性的单轴贡献。我们的数值模拟结果与压缩和拉伸应变的样品上的磁各向异性测量结果一致。我们预测，降低样品中的空穴密度将降低铁磁转变温度，但将增加磁各向异性能和双折射率。
2000-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Effects of electron-phonon coupling in angle-resolved photoemission spectra of SrTiO3
利用角分辨光电子能谱（ARPES）研究了Nb掺杂SrTiO_3的O_2 p能带结构，在该结构中，电子的浓度很低，并被掺杂到d_0带绝缘体中。我们发现，在M [k =（pi/a，pi/a，0）]和R [k =（pi/a，pi/a，pi/a）]点处的价带最大值处的ARPES光谱从费米能级（EF）以下约3.3 eV开始，与3.3 eV的间接带隙和导带底部的EF位置一致。然而，ARPES谱的峰位置从3.3 eV阈值向更高的结合能移动~ 500 meV。由于在M和R的频带有纯O 2 p字符，我们属性这~ 500 meV的位移到强耦合的氧p空穴与光学声子在类比中观察到的d-电子光电子能谱在各种过渡金属氧化物的峰值位移。
2007-12-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Selective dilution and magnetic properties of La_{0.7}Sr_{0.3}Mn_{1-x}M'_xO_3 (M' = Al, Ti)
La $_{0.7}$ Sr $_{0.3}$ MnO $_3$中混合价态Mn离子的磁晶格通过Al或Ti部分取代Mn而被选择性地稀释。铁磁转变温度和饱和磁矩在两个系列中随着替代而降低。非铁磁相的体积分数的演变与替代浓度的非线性和速度比理论预期的。通过提出的数据方面的选择性稀释，减少$T_\mathrm{c}$被认为是缩放的相对离子浓度，并与来自分子场论的预测是一致的。
2006-01-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Odd-parity electronic order near the semiconductor limit
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）
在稀载流子半导体LnCd3P3中，通过光学二次谐波发现自发奇宇称相变，结合理论模型揭示弱相互作用稳定奇宇称电子序的机制。
2026-06-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
