Impurity bands and the character of the electronic states in ferromagnetic GaMnAs layers
GaMnAs薄膜中的无序和自旋极化之间的相互作用导致自旋极化的杂质空穴带。定义了一个品质因数，将空穴状态标记为扩展或局部化。计算导致确定样品的金属或非金属特性的相图。结果表明，具有最高品质因数的样品具有接近0.2的扩展空穴密度和Mn浓度之间的比率，与已知在具有最高居里温度的样品中发生的0.1-0.25的比率一致。无论是非金属到金属和金属到非金属的过渡实验观察到的铁磁制度，获得作为Mn浓度的增加。给出了铁磁GaMnAs样品中最大居里温度出现的原因。
2008-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Impurity band conduction in group-IV ferromagnetic semiconductor Ge1-xFex with nanoscale fluctuations in Fe concentration
研究了IV族铁磁半导体Ge_（1-x）Fe_x薄膜（Fe浓度x = 2.3 - 14%）在掺硼和不掺硼情况下的载流子输运和磁性，测量了它们的输运特性、电阻率、空穴浓度、迁移率的温度依赖性以及反常霍尔电导率与电导率的关系。在相对较低的x（= 2.3%）下，未掺杂Ge 1-xFex薄膜中的输运主要由Fe杂质带中的富Fe跳跃点之间的空穴跳跃决定，而B掺杂Ge 1-xFex薄膜中的输运主要由简并贫Fe区中的价带中的空穴跳跃决定.随着x的增加（x = 2.3 - 14%），在未掺杂和B掺杂的Ge 1-xFex膜的传输是由空穴跳跃之间的杂质带富Fe跳跃网站为主。采用磁圆二色性、磁化强度和反常霍尔电阻等方法研究了Ge_（1-x）Fe_x薄膜的磁性能，发现B掺杂对Ge_（1-x）Fe_x薄膜的磁性能没有影响。我们给出了未掺杂和B掺杂的Ge_（1-x）Fe_x薄膜的能带分布模型，它可以解释Ge_（1-x）Fe_x薄膜的输运和磁性。
2018-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Impurity-induced vector spin chirality and anomalous Hall effect in ferromagnetic metals
多个散射体的散射有时会引起异常的霍尔效应。本文研究了反常霍尔效应的产生机制，它是由自旋杂质和局域磁矩的关联引起的，即由矢量自旋手征引起的霍尔效应。利用散射理论方法，研究了由两个磁矩和一个非磁性杂质的散射过程引起的斜散射，该散射与非磁性杂质附近自旋的矢量自旋手征成正比.此外，我们表明，一个有限的矢量自旋手征自然存在于周围的杂质在通常的铁磁金属在有限的温度下，由于局部反转对称性破缺的杂质。这一结果可能与磁性氧化物在有限温度下反常霍尔效应增强有关。
2018-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
New p- and n-type ferromagnetic semiconductors: Cr-doped BaZn2As2
采用密度泛函理论和量子蒙特卡罗模拟相结合的方法，我们发现了一种新的铁磁半导体：Cr掺杂的BaZn_2As_2。由于基质BaZn_2As_2的禁带宽度为0.2eV，Cr杂质的3d轨道的不同杂化，在价带顶和导带底都诱导出杂质束缚态。Cr杂质之间的长程铁磁耦合是通过p型和n型载流子获得的。
2016-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of the Fe-3$d$ impurity band state as the origin of high Curie temperature in p-type ferromagnetic semiconductor (Ga,Fe)Sb
(Ga由于当Fe浓度$_{1-x}$等于或高于~0.20时，其居里温度（$_x$）高于300 K，因此Sb是用于自旋电子器件应用的有前景的铁磁半导体之一。然而，（Ga，Fe）Sb中高$T_{\rm C}$的来源仍有待阐明。为了解决这个问题，我们使用共振光电子能谱（RPES）和第一性原理计算研究$x$依赖的Fe 3 $d$状态（Ga $_{1-x}$，Fe $_x$）Sb（$x$ = 0.05，0.15，和0.25）薄膜。Fe 2 $p$-3 $d$的RPES谱表明，随着$x$的增加，Fe-3 $d$杂质带（IB）越过费米能级越宽，这与双交换作用的图象定性一致.通过对Fe-3 $d$偏态密度的计算与第一性原理计算结果的比较表明，Fe-3 $d$ IB是由少数自旋（$\downarrow$）$e$态产生的.结果表明，随着$x$的增加，$e_\downarrow$电子间的相互作用增强是（Ga，Fe）Sb中高$T_{\rm C}$的来源.
2020-08-18 cond-mat.mtrl-sci
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
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
Direct evidence for minority spin gap in the Co2MnSi Heusler alloy
半金属磁体由于其在费米能级上的全自旋极化和低的磁化阻尼而在自旋电子学领域引起了极大的兴趣。Heusler合金Co_2MnSi具有很高的居里温度和约0.7eV的少数自旋能隙，因此具有很好的应用前景。在Co2 MnSi的表面处，观察到少数自旋通道中的间隙，导致100%的自旋极化。然而，这个差距是0.3 eV以下的费米能级和少数自旋状态观察到费米能级。我们表明，少数自旋间隙的费米能量，但可以恢复无论是通过改变合金的化学计量比，或通过覆盖表面的Mn，MnSi或MgO。这导致极小的阻尼系数，其值低至7 x 10-4。
2015-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic analysis of the valence band and impurity band theories of (Ga,Mn)As
从微观上分析了铁磁（Ga，Mn）As的价带和杂质带模型.我们发现，紧束缚Anderson方法和全势LDA+U方法在费米能级附近给出了非常相似的态的图像，这些态位于交换分裂sp-d杂化价带中，具有主体半导体的主导轨道特征，这种微观光谱特征与k.p动力学交换模型的物理前提是一致的.另一方面，具有包括从价带分离的杂质带的能带结构的各种模型假定相互不相容的微观光谱特征。通过调整紧束缚安德森计算个别的杂质带图片中的单个Mn杂质的限制，然后通过探索整个掺杂范围，我们发现，分离的杂质带不坚持在任何这些模型中的铁磁（Ga，Mn）As。
2010-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Defect-impurity complex induced long-range ferromagnetism in GaN nanowires
采用GGA+U近似方法研究了Gd掺杂和点缺陷掺杂的纤锌矿（0001）GAN纳米线的结构、电学和磁学性质。我们发现，Ga空位（VGa）表现出较低的形成能相比，N空位（VN）。点缺陷的进一步稳定化由于Gd的存在而发生，并且环境铁磁性（FM）可以通过由VGa诱导的附加正电荷而在NW中稳定。电子结构分析表明，VGa引入额外的水平，导致铁磁耦合的带隙中，由于与Gd d和f状态的Ga和N原子的p状态的杂化。在Gd-VGa配合物存在下，获得了76.4meV的铁磁交换耦合能，因此铁磁交换耦合能主要由GAN纳米线中的阳离子空位-稀土配合物缺陷决定。另一方面，VN引入额外的电子载流子，并不有助于增加铁磁交换能。
2015-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Skew scattering in dilute ferromagnetic alloys
从第一性原理出发，研究了自旋轨道耦合、磁性和杂质散射相互交织的稀磁合金中霍尔效应的斜散射问题.我们的主要目的是确定化学趋势，并制定出简单的规则，在费米表面的杂质和主机状态的大斜散射，特别强调在同一个系统中的自旋和异常霍尔效应的相互作用。通过参考三种不同的\emph{ab initio}方法，基于不同的近似相对于电子结构和输运性质的预测趋势的基准。
2015-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Graphene spintronics: the role of ferromagnetic electrodes
本文报道了石墨烯-铁磁体（FM）界面在有限偏压下自旋输运的第一性原理研究，其中FM=Co（111），Ni（111）. Co和Ni电极的使用实现了分别达到80%和60%的自旋效率。这种大的自旋过滤是由石墨烯和FM之间的材料特定相互作用引起的，其破坏了石墨烯带的线性色散关系，并导致在K点处大约0.4-0.5 eV的自旋相关能隙的打开。少数自旋带隙的能量高于位于费米能级附近的多数自旋带隙，这是导致大的少数自旋主导电流的特征。
2010-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On Ultrafast Spin Dynamics: Spin Dependent Fast Response of Hot Electrons, of Band--Structure
多数和少数电子发生不同的能量转移。因此，例如在（激光）激发铁磁金属的情况下，多数电子和少数电子可以在闭合交换分裂期间在时间上不同地响应。由于电子相互作用，热电子的自旋翻转跃迁导致自旋分裂态的准杂化。在巡回铁磁金属中也是这种情况，这是由于在具有指向磁化方向（+）和相反方向（-）的磁矩以及具有能级$\varepsilon^+_{iσ}$和$\varepsilon^-_{iσ}$的位置之间的跳跃。由于能量的原因，分子场不对称地作用于电子的自旋和自旋翻转跃迁，从而导致少数和多数电子的不同寿命和自旋相关的电子能量转移。在非平衡态下，处于自旋分裂态的少数热电子比多数热电子响应得快。作用在自旋上的分子场延迟自旋翻转跃迁$\uparrow \rightarrow \downarrow$，从而延迟热多数电子及其能级的响应。铁磁过渡态和稀土金属、铁磁半导体、铁磁薄膜中自旋分裂量子阱态等的电子谱中交换分裂的闭合将反映这一点。电子在非平衡态下随时间和自旋的能量转移可能会引起有趣的行为，特别是磁隧道结、自旋电流等。在铁磁体中，平行于整体磁化方向的（局部）磁矩的磁矩反转寿命大于指向相反方向的磁矩。
2013-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Charge doping into spin minority states mediates doubling of $T_\mathrm{C}$ in ferromagnetic CrGeTe$_3$
本研究结合 ARPES、DFT 与蒙特卡罗模拟，揭示表面电子掺杂通过占据自旋少数 Cr $t_{2g}$ 态形成半金属二维电子气，使 CrGeTe$_3$ 的居里温度提升逾两倍。
2023-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structure stability and magnetism in graphene impurity complexes with embedded V and Nb atoms
采用第一性原理密度泛函理论（DFT）研究了V和Nb原子嵌入单空位和双空位石墨烯的过程。对于MV/DV石墨烯中的V/Nb嵌入，验证了完全/几乎完全的自旋极化。磁性的起源是通过嵌入过渡金属原子的3d态与嵌入位置附近的不等价C原子的p态的相互作用来确定的。通过能带结构分析研究了石墨烯在V/Nb原子嵌入的少子自旋通道中的半导体行为。等值面图也证实了本纳米系统的磁性。我们的结果表明，这些纳米系统具有未来应用的潜力，例如自旋电子学、能源和高频晶体管。
2015-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Effects of the crystal structure on the ferromagnetic correlations in ZnO with magnetic impurities
本文采用量子Monte Carlo方法和紧束缚近似，在Haldane-Anderson杂质模型下研究了（Zn，Mn）O的铁磁性.这种计算方法使我们能够确定主机晶体结构如何影响杂质的束缚态，这在杂质之间的铁磁（FM）相关性的发展中起着重要的作用。我们发现FM相关性强烈地受晶体结构的影响。特别是，在p-型（Zn，Mn）O，我们观察到FM相关性的发展，在低温下的纤锌矿和锌尖晶石晶体结构的扩展范围。然而，对于岩盐结构，在杂质之间没有观察到FM相关性。此外，在含有磁性杂质的n型ZnO中，没有发现杂质束缚态和FM关联。
2008-04-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Controlling Curie temperature in (Ga,Ms)As through location of the Fermi level within the impurity band
铁磁半导体（Ga，Mn）As已成为半导体自旋电子学中原型应用研究最多的材料。由于（Ga，Mn）As的铁磁性是空穴介导的，空穴态的性质对其居里温度TC有着直接而关键的影响。然而，关于（Ga，Mn）As中的空穴是存在于价带还是杂质带，一直存在着激烈的争论。在本文中，我们结合沟道实验的结果，测量Mn离子和相关的铁磁顺序的孔的浓度，与磁化，运输和磁光数据来解决这个问题。总之，这些测量提供了强有力的证据，它是费米能级的杂质带内的位置，确定TC通过确定空穴局域化的程度。这一发现与人们普遍接受的TC受价带空穴控制的观点截然不同，从而为实现更高的TC值开辟了新的途径。
2012-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Inversion of Dislocation-Impurity Interactions in $α$-Fe under Magnetic State Changes
本文利用第一性原理计算研究 α-Fe 中 1/2⟨111⟩ 螺位错与多种 3d 杂质的相互作用，揭示磁态和热膨胀可显著改变甚至反转该作用。
2025-05-15 cond-mat.mtrl-sci
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
Magnetic circular dichroism in GaMnAs: (no) evidence for an impurity band
采用多带紧束缚方法研究了铁磁半导体GaMnAs的磁光性质。两个现实的模型进行了比较：一个没有杂质带，而另一个显示低Mn浓度的杂质带。计算出的磁性圆二色性（MCD）是积极的两个模型证明，与以前断言，所观察到的积极MCD信号是不确定的，在GaMnAs中的杂质带的存在或不存在。正MCD是由于反铁磁p-d耦合和到导带的跃迁。
2009-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Re-entrant ferromagnetism in a generic class of diluted magnetic semiconductors
考虑半导体中磁性杂质掺杂导致杂质磁矩间载流子感生铁磁交换耦合的一般情况，我们从理论上证明了可能普遍存在三个铁磁转变温度T_1 > T_2 > T_3，其中T_1 > T > T_2和T < T_3存在两个不同的铁磁区。这种在两个铁磁相之间具有顺磁相（T_2 > T > T_3）的有趣的可重入铁磁性是由热激活载流子在空导带中诱导的间接交换与杂质带中由于束缚载流子本身而存在的交换耦合之间的微妙竞争产生的。我们评论的可能性，观察这样的重入现象在稀磁半导体和磁性氧化物。
2006-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Response to the comment of K.W. Edmonds et al. on the article 'Controlling the Curie temperature in (Ga,Mn)As through location of the Fermi level within the impurity band'
虽然我们严重不同意埃德蒙兹等人在评论中提出的许多观点，我们认为，这是有价值的和及时的，因为该评论和我们的论文的比较用于强调薄膜形式的铁磁半导体（Ga，Mn）As的重要性质。
2012-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Bound hole states in a ferromagnetic (Ga,Mn)As environment
发展了一种直接在k空间求解杂质态Luttinger-Kohn方程的数值方法，并应用于计算铁磁（Ga，Mn）As基质中束缚空穴波函数。任意应变的铁磁锌半导体的能带结构的丰富性质产生了各种特征，这些特征对与活性杂质结合的价带空穴的详细形状具有直接影响。应变的作用进行了讨论的基础上明确计算的束缚空穴状态。
2007-04-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigation of magnetism and electronic structures of substitutional $3d$ transition-metal impurities in bcc Fe
采用基于广义梯度近似（GGA）的全电子全势线性缀加平面波方法，研究了铁磁体心立方铁中Sc到Zn的$3d$杂质原子的磁性和电子结构.我们发现，一般来说，GGA的结果比局域自旋密度近似更接近实验值。计算的生成焓数据表明，在钢设计中，对三元Fe-C- $X$系统而不是二元Fe- $X$系统进行系统研究的重要性。根据局域Stoner模型，对晶格参数进行了优化，并讨论了杂质位自旋极化的条件。我们的计算与以前的工作一致，意味着Sc、Ti、V、Cu和Zn的局域自旋极化是由宿主Fe原子引起的。前过渡金属原子与宿主Fe原子反铁磁耦合，而后过渡金属原子与宿主Fe原子铁磁耦合。计算出的bcc Fe的总磁化强度（$M$）被从Sc到Cr的杂质元素作为反铁磁相互作用的结果而降低，对于铁磁耦合的溶质具有相反的效果。$M$的变化归因于最近邻相互作用，主要是杂质和主体原子之间的相互作用。原子平均磁矩一般遵循著名的Slater-Pauling曲线，但我们的结果不遵循Slater-Pauling曲线的线性。我们将这种差异归因于体心立方铁的弱铁磁性。计算得到的费米接触超精细场遵循局域磁矩的变化趋势。自旋轨道耦合的影响被发现是不显着的，虽然它在远离杂质网站的位置变得突出。
2010-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Ideal Spin Filters: Theoretical Study of Electron Transmission Through Ordered and Disordered Interfaces Between Ferromagnetic Metals and Semiconductors
据预测，某些铁磁金属（F）和半导体（S）之间的某些原子有序的界面应该作为理想的自旋过滤器，仅从F的多数自旋带或仅从少数自旋带传输电子到费米能级的S，即使F的多数和少数自旋带都在费米能级。确定F，S和界面的组合应该是理想的自旋过滤器的标准制定。该判据仅依赖于S和F的体能带结构以及S、F和界面的平移对称性。几个例子的系统，满足这些标准，以高精度的确定。F和S之间的无序界面也进行了研究，发现S和F之间的相互混合可以导致具有自旋反过滤特性的界面，传输的电子比在费米能量下的铁磁金属中的电子少得多的自旋极化。基于这项工作的专利申请已经由西蒙弗雷泽大学开始。
2000-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Possible d0 ferromagnetism in MgO doped with nitrogen
研究了掺氮MgO化合物中d 0铁磁性的可能性。紧束缚近似下的Haldane-Anderson杂质模型制定确定主机能带结构和杂质主机杂化。使用量子蒙特卡罗技术，我们观察到一个有限的本地的N杂质的时刻，和两个N杂质之间的长程铁磁关联。杂质束缚态对铁磁关联有很强的影响。当一对杂质之间的铁磁关联映射到各向同性海森堡模型的两个自旋12粒子，有效的交换常数J12被发现随温度的升高而增加。在其他稀磁半导体中也得到了类似的J12的温度依赖性，例如掺杂Mn的锌掺杂ZnO。J_（12）的温度依赖性表明，至少在低杂质自旋的极限下，全哈密顿量到自旋哈密顿量的映射不能完全描述稀磁半导体的磁关联.
2008-12-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Even-odd effects in magnetoresistance of ferromagnetic domain walls
铁磁体中自旋的多数带和少数带的态密度的差异改变了沿畴的静电势，从而在畴边界处引入了电势的不连续性。不连续性的值随着区域的数目而振荡。不连续性取决于畴壁的位置、畴壁在外加磁场中的运动或畴壁的塌陷。大值的磁电阻解释自旋积累。我们提出了一种新型的畴壁在纳米线的巡回铁磁体，其中的磁化矢量的变化没有旋转。假设自旋弛豫长度L_S足够大，则横向磁化分量的缺失允许相当大的自旋积累。
2002-08-23 cond-mat.mtrl-sci
Self-compensation in manganese-doped ferromagnetic semiconductors
本文提出了Mn掺杂铁磁半导体中的间隙Mn理论。利用密度泛函理论，我们表明，在非平衡条件下的生长，间隙锰很容易形成一个简单的低能量吸附途径的表面附近。在GaAs中，孤立的间隙Mn是电子供体，每个补偿两个替代Mn受体。在一个杂质带模型，部分补偿促进铁磁秩序低于金属-绝缘体过渡，最高的居里温度发生0.5个孔每置换锰。
2002-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism in Ga1-xMnxP: evidence for inter-Mn exchange mediated by localized holes within a detached impurity band
我们表明，在铁磁Ga 1-xMnxP交换介导的孔定位在Mn衍生带。当x<0.06时，红外吸收谱和光电导谱表明存在一个不与价带合并的Mn杂质带。在高于TC（<65 K）的温度下，电输运由跨越该能隙的激发主导，而最近邻跳跃在低于TC下主导。磁化强度测量揭示了3.5玻尔磁子每替代锰的时刻，而大的异常霍尔信号毫不含糊地表明，铁磁性是载体介导的。
2005-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Magnetism in C or N-doped MgO and ZnO: density-functional study of impurity pairs
结果表明，最近提出的用C或N取代O来产生铁磁性的方法，由于杂质对的形成而被削弱，所得的C2自旋=1的二聚体以及等电子的N2^{2+}在p型MgO中发生反铁磁性相互作用。然而，对于C掺杂的ZnO，我们证明了使用HSE混合泛函的自旋极化的C2 ppπ* 态与主机导带的共振导致长程铁磁相互作用。开壳层杂质分子的磁性被认为是氧化物自旋电子材料中d 0-铁磁性的可能途径。
2010-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Spiral order from orientationally correlated random bonds in classical XY models
讨论了三维经典XY铁磁体中，当杂质键取代一小部分等取向键时，铁磁长程序的稳定性，其中铁磁交换J_perp > 0被强反铁磁耦合J_imp < 0所取代.当存在单个杂质键时，一旦干扰耦合J_imp的绝对值为< 0 exceeds a threshold J_c >0，基态变为二重简并，对应于杂质键附近自旋的顺时针或逆时针方向。在存在一个小浓度的杂质键，有效的低能哈密顿量是伊辛变量编码的意义上的旋转的本地倾斜周围的杂质。这些自由度通过自旋波介导的偶极相互作用相互作用。铁磁伊辛基态表明XY铁磁体朝向螺旋态的不稳定性，其波矢与杂质键的浓度成比例。为了分析在什么情况下会出现这样的基态，我们首先研究形成超晶格的杂质。对于其中的一个子类，我们可以严格地建立螺旋序的存在。对于另一类超晶格，伊辛变量在垂直于杂质键取向的平面中铁磁有序，但反铁磁平行于它，这导致了扇形XY基态。其次，我们考虑的情况下，杂质键随机分布在三维主机晶格根据泊松过程。我们展示了螺旋有序无序现象，有序波矢正比于杂质浓度。分析预测证实了蒙特卡罗模拟和相关的磁性材料，如YBaCuFeO_5。
2019-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ferromagnetism in a dilute magnetic semiconductor -- Generalized RKKY interaction and spin-wave excitations
本文研究了稀磁半导体中载流子介导的铁磁性，方法是：i）基于单杂质的广义RKKY方法，该方法超越了线性响应理论; ii）平均场加自旋涨落（MF+SF）方法，该方法在磁性杂质的（纯费米子）Hubbard模型表示中，结合了有序态中有限频率自旋关联的动力学效应。由于载流子自旋极化的大小与其振荡长度尺度之间的竞争，发现铁磁自旋耦合相对于空穴掺杂浓度和杂质-载流子自旋耦合能量$J$（或等效地$U$）两者被优化。铁磁转变温度$T_c$，在自旋涨落理论中确定，与观察到的$T_c$值密切对应。磁性杂质的位置无序导致高能磁振子模的显著硬化。我们还明确研究了平均场铁磁态的稳定性/不稳定性，这突出了竞争AF相互作用引起自旋扭曲和非共线铁磁有序的作用。
2003-08-07 cond-mat.mtrl-sci
A new mechanism of exchange interaction in ferromagnetic semiconductors
我们提出了一种新的间接交换作用机制，它可以解释Mn-杂质半导体（如GaMnAs）在低载流子浓度下的铁磁有序.该机制是基于带态（传导或价）与局域杂质（施主或受主）态的杂化的相互作用以及局域自旋与带态之间的直接交换相互作用。当两个杂质的局域施主（受主）态的波函数重叠时，两个杂质之间发生间接交换耦合。这种耦合是独立的自由载流子浓度，因此可能是负责在低或零载流子浓度的铁磁转变。
2002-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic-Field-Modulated Resonant Tunneling in Ferromagnetic-Insulator-Nonmagnetic junctions
提出了铁磁-绝缘体-非磁结中共振隧穿磁电阻（MR）的理论。该理论揭示了许多最近的电自旋注入实验，这表明这种MR效应，而不是自旋积累在磁共振通道对应于电检测到的信号。我们量化的隧道电流的依赖性的磁场的量子速率方程来自安德森杂质模型，与重要的除了杂质自旋相互作用。考虑到在位库仑关联，MR效应是由场之间的竞争，自旋相互作用和耦合到磁引线。通过扩展的理论，我们提出了一个新的纳米尺寸存储器的操作基础。
2014-09-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
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
High-temperature ferromagnetism of $sp$ electrons in narrow impurity bands: Application to CaB$_6$
在各种碳和硼系统中，已经报道了具有高居里温度$T_c$（远高于室温）和非常小的饱和磁矩的铁磁性。有人认为，磁化强度必须是非常不均匀的，只有一小部分的样品铁磁有序。它示出，一个可能的源内的铁磁区域的高$T_c$是巡回电子占据一个狭窄的杂质带。相关效应不会减少有效的相互作用，它以与体带相同的方式进入斯通纳准则。它也示出了如何，在杂质带的情况下，自旋波激发可能不会有效地降低$T_c$低于其值由斯通纳理论。这些想法被应用到CaB $_6$，并在这种材料的实验情况进行了彻底的审查。这表明，B $_2$和O $_2$二聚体的内在磁性可能会被利用在合适的结构包含这些元素。
2006-05-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Comment on ``Spin Polarization and Magnetic Circular Dichroism in Photoemission from the 2p Core Level of Ferromagnetic Ni''
虽然Ni_4团簇包含了更多关于Ni能带结构的信息，但它也倾向于非常特殊的基态，这与所有二向色性实验的相干图像是不相容的。
1997-05-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Clustering in disordered ferromagnets: The Curie temperature in diluted magnetic semiconductors
我们从理论上研究了杂质关联和磁团簇效应对稀磁半导体（如$\textrm{Ga}_{1-x}\textrm{Mn}_{x}\textrm{As}$）中长程铁磁有序的影响，采用了解析方法和直接的蒙特卡罗模拟。我们得到的铁磁转变温度$T_{c}$，它成为渐近精确的强无序，高度稀释（即小$x$）制度的解析公式。我们建立了杂质相关性对$T_{c}$只有很小的影响，中性相关的随机无序产生名义上最高的$T_{c}$。我们发现，铁磁顺序接近从高温顺磁侧通过一个随机的磁聚簇现象与逾渗转变的情况。
2006-02-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Dimensionality effects in the LDOS of ferromagnetic hosts probed via STM: spin-polarized quantum beats and spin filtering
我们从理论上研究了局域态密度（LDOS）探测STM针尖的铁磁金属托管一个单一的吸附原子和一个亚表面杂质。我们通过两个杂质的安德森哈密顿系统建模。通过使用相关的格林函数的运动方程，我们推导出两种主机类型的LDOS的解析表达式：一个表面和量子线。LDOS揭示了Friedel样振荡和Fano干涉作为STM针尖位置的函数。这些振荡强烈依赖于主机尺寸。有趣的是，我们发现，自旋相关的费米波数的主机引起自旋极化量子拍在LDOS。虽然金属表面的LDOS显示出阻尼拍频模式，但它在量子线中表现出相反的行为。由于这种阻尼的缺乏，该线作为具有高效率的空间分辨自旋过滤器操作。
2013-01-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Simultaneous ferromagnetic metal-semiconductor transition in electron-doped EuO
我们提出了一个通用的框架来描述电子掺杂的EuO的同时的顺电铁磁和超导体到金属的转变。该理论正确地描述了详细的实验特征的电导率和磁化强度，特别是掺杂的居里温度的依赖性。相关诱导的杂质网站上的本地时刻的存在是必不可少的这种描述。
2007-12-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dopant-dependent impact of Mn-site doping on the critical-state manganites: R0.6Sr0.4MnO3 (R=La, Nd, Sm, and Gd)
通过改变掺杂种类和$R$依赖的单电子带宽，研究了杂质掺杂对钙钛矿锰氧化物$R_{0.6}$ Sr $_{0.4}$ MnO $_{3}$的影响。在铁磁金属锰氧化物（$R$ =La、Nd和Sm）中，少量的Fe取代显著降低铁磁转变温度，导致具有短程电荷轨道相关性的自旋玻璃绝缘态。对于每个$R$物种，作为Fe浓度的函数的相图是非常相似的$R_{0.6}$ Sr $_{0.4}$ MnO $_{3}$通过降低离子半径的$R$网站，表明在相竞争区域的Fe掺杂减弱铁磁双交换相互作用，相对于电荷轨道有序不稳定性。我们还发现了Cr（或Ru）掺杂对自旋玻璃绝缘锰氧化物（$R$ =Gd）的对比影响。在那里，在低温下观察到的杂质诱导的铁磁磁化作为固有的短程电荷轨道有序的崩溃的结果，而Fe掺杂仅起次要作用。所观察到的杂质掺杂的相反性质可以归因于掺杂离子之间的反铁磁相互作用的幅度的差异。
2008-05-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Weak localization in GaMnAs: evidence of impurity band transport
本文报道了铁磁半导体GaMnAs在低温（$T<3$ K）和低磁场（$0< B <20$ mT）下的负磁阻效应。我们将这种效应归因于弱本地化。弱局域化的观测提供了这些材料中杂质带输运的强有力证据，因为对于价带输运，人们预期由于强自旋-轨道相互作用而导致的弱反局域化或由内禀磁化干扰的完全抑制。除了弱局域化外，我们还观察到了Altshuler-Aronov电子-电子相互作用效应。
2007-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fe-doping-induced evolution of charge-orbital ordering in a bicritical-state manganite
用不同的过渡金属原子取代Mn原子，研究了杂质对处于金属-绝缘体转变边缘的双临界锰氧化物（La_（0.7）Pr_（0.3））Ca_（0.35）MnO_3铁磁金属态稳定性的影响。其中，Fe掺杂表现出显著降低铁磁转变温度的特殊能力。对Fe掺杂晶体的磁输运性质和X射线衍射的系统研究表明，电荷轨道有序演化到低温，这强烈抑制了铁磁金属态。所观察到的玻璃态的磁性和输运性质以及扩散相变可以归因于相分离状态，其中短程电荷轨道有序的团簇嵌入在铁磁性金属基质中。Fe掺杂锰氧化物的这种行为与Cr掺杂对电荷轨道有序锰氧化物的影响形成了鲜明的对比，称为杂质诱导的电荷轨道有序崩溃。
2007-10-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Valence-band satellite in the ferromagnetic nickel: LDA+DMFT study with exact diagonalization
用LDA+DMFT方法计算了铁磁镍的价带谱。在计算过程中出现的辅助杂质模型被离散化，并用精确对角化，或者更精确地说，用Lanczos方法求解。特别强调的是自旋依赖的价带卫星，观察到约6 eV以下的费米能级。计算的卫星是强自旋极化的，与实验结果一致。
2012-02-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Above-Bandgap Magneto-optical Kerr Effect in Ferromagnetic GaMnAs
我们进行了系统的磁光克尔谱研究的GaMnAs与不同的Mn密度作为温度，磁场，和光子能量的函数。与以前的研究不同，易磁化轴垂直于样品表面，使我们能够在没有外部磁场的情况下获得极向克尔谱。折射克尔角强烈依赖于光子能量，在$\sim1.7$ eV处呈现出大的正峰。该峰的强度增加，并且随着Mn掺杂而蓝移，并且随着退火而进一步蓝移。采用30带的${\bf k\cdot p}$模型，考虑反铁磁$s,p$交换作用，计算了GaMnAs在带间过渡区的介电张量.我们成功地再现了所观察到的光谱没有\emph{ad hoc}引入的光学跃迁起源于带隙中的杂质状态。这些结果使我们得出结论，以上的带隙磁光克尔旋转铁磁GaMnAs主要是由导带和价带之间的带间跃迁。
2010-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The RKKY Coupling between Impurity Spins in Graphene Nanoflakes
我们计算了间接载流子介导的Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）磁性杂质之间的相互作用，两个选定的石墨烯纳米片包含四个六方环的结构，不同的几何形状。我们描述的电子结构的电荷中性或掺杂纳米片使用紧束缚近似与哈伯德项，这是治疗内的分子场近似。我们发现RKKY耦合能量的显著差异，依赖于纳米结构中的磁矩对的位置和边缘形式。对于一个奇数的总电子数的结构中，我们预测在某些情况下，存在的铁磁耦合与领先的一阶微扰贡献，而对于偶数的载流子通常的，二阶机制占主导地位。因此，发现用单个载流子掺杂纳米片能够将耦合从反铁磁性改变为对于某些几何形状的铁磁性。
2011-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Perpendicularly Polarized Spin Hall Effects Induced by Spin-Dependent Scattering in Ferromagnetic Metals
铁磁体中的自旋电流提供了不同的功能。我们研究了铁磁金属中磁性杂质散射的非本征自旋霍尔效应。我们表明，自旋相关的散射可以提供一个高的自旋电流极化垂直于磁化方向，是一个主导的机制，在中等电导率制度。我们发现自旋守恒通道和自旋翻转通道的叠加导致了自旋流的产生。这些发现表明，优化合金成分是控制自旋霍尔效应的有效策略。
2022-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Realization of room-temperature ferromagnetic semiconducting state in graphene monolayer
室温铁磁半导体在非易失性数字电路中具有重要的应用价值，它可以提供一个理想的系统，使我们可以同时利用电子的电荷和自旋。然而，寻找室温铁磁半导体至今仍只是一个诱人的想法，从未在实践中实现。在这里，我们证明了石墨烯单层，与下面的Ni（111）衬底杂交，是室温铁磁半导体，已经持续了几十年的研究。我们的自旋极化扫描隧道显微镜（STM）的实验，辅以第一性原理计算，明确表明，石墨烯和镍衬底之间的相互作用产生了一个大的间隙在石墨烯，同时导致相对移动之间的多数和少数自旋带。因此，Ni衬底上的石墨烯片即使在室温下也表现出具有几十meV能量的自旋极化带隙。这一结果使室温铁磁半导体的科学和应用成为可能，并为基于石墨烯的新型信息技术带来了希望。
2017-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
First-principles calculations on the spin anomalous Hall effect of ferromagnetic alloys
铁磁金属中的自旋反常霍尔效应（SAHE），通过在磁性结中引入非磁性间隔层，可以产生自旋-轨道力矩，从而使另一铁磁层的磁化旋转，引起了人们的广泛关注。基于第一性原理密度泛函理论和线性响应理论，对L1 $_0$型合金$X$ Pt（$X$ =Fe，Co，Ni）的自旋反常霍尔电导（SAHC）进行了理论研究.我们发现FePt的SAHC远小于异常霍尔电导率（AHC），导致异常霍尔效应的非常小的极化，$ζ$ =SAHC/AHC约为0.1。另一方面，SAHC随着价电子数（$N_{\rm v}$）的增加而增加，并且CoPt和NiPt显示出大于1的相对大的$|ζ|$值。AHC的负贡献是CoPt和NiPt中大SAHC和$ζ$的来源，这是由于Pt在少数自旋态的费米能级附近的反键态。
2021-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
