Электронные свойства и моделирование разбавленных магнитных полупроводников: Ga1-xMnxN, Ga1-xMnxAs, Ge1-xMnx

• Автор: Титов, Андрей Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Глава 1. Экспериментальные методы исследования РМП
1.1 Изготовление образцов ваМпЫ
1.2 Рентгеновская спектроскопия
1.3 Измерение рентгеновских спектров поглощения
1.4 Структура рентгеновских спектров поглощения
Выводы по главе
Глава 2. Методы расчета электронной структуры кристаллов
2.1 Функционал электронной плотности
2.2 Метод присоединенных плоских волн (ПИВ)
2.3 Линейный метод присоединенных плоских волн (ЛППВ)
2.4 Линейный метод МТ-орбиталей (ЛМТО)
Глава 3. Электронные свойства ваМпЫ, ваМпАБ и веМп
3.1 Кристаллическая структура ваИ
3.2 Рентгеновские спектры поглощения ваМпИ
3.3 Зонная структура ОаМпЫ
3.3.1 ваМпИ со структурой цинковой обманки
3.3.2 ваМпИ со структурой вюртцита
3.4 Моделирование рентгеновских спектров поглощения ваМпЫ
3.5 Моделирование оптических спектров поглощения ОаМпК
3.6 Транспортные свойства ваМпК
3.7 Распределение атомов Мп в СаМпК
3.8 Электронные свойства СаМпАэ

3.9 Электронные свойства ОеМп
Выводы по главе
Глава 4. Магнитные свойства РМП
4.1 Ферромагнетизм в РМП
4.2 Косвенные обменные взаимодействия
4.2.1 Сверхобмен
4.2.2 Модель Зинера
4.2.3 Другие модели обменного взаимодействия
4.3 Оценка Тс из «первых принципов»
4.4 Магнитные свойства ваМпЫ, ваМпАв и веМп
4.4.1 ваМпИ
4.4.2 ваМпАБ
4.4.3 веМп
Выводы по главе
Заключение
Литература
Мы используем заряд и спин электронов в современной информационной технологии. Интегральные схемы, предназначенные для обработки информации, основаны на использовании заряда электронов. Для хранения информации используется магнитная запись, т.е. спин электронов в ферромагнитных материалах. Естественно тогда попытаться использовать заряд и спин одновременно для повышения функциональных возможностей электронных компонентов. В таком случае можно было бы совместить возможности обработки и записи информации в одном элементе.
В связи с развитием этого направления возникла новая бурно развивающаяся область электроники - спинтроника, цель которой - объединить электрические, магнитные и оптические явления для создания принципиально новых электронных компонентов [1]. Одним из таких компонентов, в котором используется и заряд и спин электрона, является датчик, действие которого основано на явлении гигантского магнитосопротивления. Он представляет собой пленку из нескольких чередующихся ферромагнитных слоев. Сопротивление этой пленки зависит от ориентации намагниченности в соседних слоях: если в соседних слоях намагниченность имеет одинаковое направление, то пленка имеет низкое сопротивление. В противном случае сопротивление значительно увеличивается [2]. Сегодня этот датчик успешно применяется в жестких дисках для чтения и записи информации.
Спиновый транзистор - это другой интересный элемент, который в будущем может стать основой электронных приборов. Он имеет структуру обычного биполярного транзистора, в котором эмиттер и коллектор имеют ферромагнитные свойства, а база -парамагнитные. Теоретически показано, что направление тока база-коллектор должно зависеть от взаимного направления намагниченностей эмиттера и коллектора [2].
Другой вид транзистора - полевой транзистор со спиновой поляризацией - основан на использовании спин-орбитального взаимодействия. Структура этого транзистора такая же, как у традиционного полевого транзистора, причем сток и исток обладают

независимо от того, какими свойствами обладает кристалл ваМг^ в целом: ферромагнитными (как в представленных в этой главе расчетах), парамагнитными или антиферромагнитными.
ЭНЕРГИЯ (эВ) ЭНЕРГИЯ (эВ)
Рис. 3.9. Плотность 3<і-состояний Мп (а) и 4р-состояний Мп (б) в Оа^МгцЫ (.*=0,0625) со структурой цинковой обманки [32]. Показаны состояния со спином вверх (верхняя часть) и спином вниз (нижняя часть каждого рисунка). Уровень Ферми показан вертикальной линией вблизи 0 эВ.
Как упоминалось выше, четыре атома N расположены в вершинах правильного тетраэдра вокруг атома Мп в ОаМпИ. Кристаллическое поле, обусловленное этими атомами N1, расщепляет Зг/-состояния Мп на Гг- и е-зоны. В этом же тетраэдрическом поле 4р-орбитали Мп приобретают симметрию Гг- В таком случае матричный элемент перехода р-с1 не равен нулю:
К|я^ы|4р)*0, (3.2)
и возможна 4р-3^ - гибридизация орбиталей Мп. На рис. 3.9 показаны плотности р- и й-состояний атома Мп в СаМпІМ. Видно, что значительная плотность р-состояний имеется в той области энергий, где расположены зоны Гг со спинами вверх и вниз. Это результат гибридизации 4р- и Зс(-орбиталсй Мп. Небольшая плотность р-состояний существует и в области энергий, соответствующей е-зоне со спином вниз