Tuning of the averagep−dexchange in (Ga,Mn)As by modification of the Mn electronic structure

Abstract

An important parameter of the ferromagnetism of (Ga,Mn)As alloys is the average p-d exchange integral N 0 ␤ since the Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY) interaction parameter J RKKY ϰ ͑N 0 ␤͒ 2 . We prove, by a detailed study of p-type Ga 1−x Mn x As and n-type Ga 1−x Mn x As: Te ͑x Ͻ 0.005͒ in the paramagnetic phase, that the magnitude and sign of N 0 ␤ are strongly dependent on the local electronic configuration of the Mn ions. We find N 0 ␤ Ͼ 0 (ferromagnetic coupling) in p-type samples where the local Mn configuration is Mn Ga 0 ͑3d 5 + hole͒. In n-type samples, N 0 ␤ Ͻ 0 (antiferromagnetic coupling) with the local Mn configuration being Mn Ga − ͑3d 5 ͒. The average N 0 ␤ in (Ga,Mn)As is not a material constant as widely believed. It can be tuned and can even change its sign, depending on the doping conditions of the Mn-containing layer.

Управление циркулярной поляризацией электролюминесценции в спиновых светоизлучающих диодах на основе гетероструктур InGaAs/GaAs/delta<Mn>

“…Вид гамильтониана об-менного взаимодействия дырок и ионов Mn обсуждался в [8,12,13], общее выражение может быть записано как…”

“…Наблюдаемое в эксперименте изменение знака цирку-лярной поляризации (и соответствующее изменение зна-ка P EL ) при варьировании параметров структур (рис. 1) объясняется изменением знака N 0 β. Возможность варьи-рования константы обменного взаимодействия в струк-турах (Ga, Mn)As была продемонстрирована в рабо-те [12]. В цитированной работе было показано, что знак константы N 0 β зависит от электронной конфигурации атомов Mn.…”

“…В цитированной работе было показано, что знак константы N 0 β зависит от электронной конфигурации атомов Mn. Согласно [12], положительный знак N 0 β характерен для взаимодействия дырок с нейтральными акцепторами A 0 , отрицательный -для взаимодействия с ионизованными акцепторами A − . В реальной струк-туре могут присутствовать примесные атомы Mn как в нейтральном, так и в ионизованном положении.…”

“…В реальной струк-туре могут присутствовать примесные атомы Mn как в нейтральном, так и в ионизованном положении. Рассчи-танная в экспериментах величина N 0 β является, как пра-вило, усредненной по большому количеству примесных атомов [12]. Таким образом, изменение знака спиновой поляризации дырок и P EL мы связываем именно с варьированием знака N 0 β. Общепринятой конфигураци-ей Mn в GaAs является A 0 (3d 5 + дырка), такая кон-фигурация обеспечивает ферромагнитное упорядочение между ионами Mn и носителями [14][15][16].…”

“…Эффект изменения знака поляризации связан с изменением состояния Mn на A − , что обусловливает антиферромагнитное упорядочение и отрицательный знак P EL . Указанный эффект предска-зан в теоретических работах [14][15][16], мотивированных экспериментальными результатами для объемных слоев (Ga, Mn)As [12].…”