(Ga,Mn)As 体系中Mn自补偿效应的第一性原理研究

基于密度泛函理论的赝势平面波方法计算了处于填隙位置磁性原子(MnI)对(Ga,Mn) As体系电子结构和磁性的影响. 计算结果表明MnI在GaAs中是施主；代替Ga位的MnGa 与MnI的自旋按反铁磁序排列；静电相互作用使MnGa，MnI倾向于形成MnGa_MnI对. MnI的存在一方面补偿了(Ga,Mn)As中的空穴，降低了空穴浓度；同时还使邻近的MnG a失活. MnI的存在对获得高居里温度的(Ga,Mn)As是极为不利的. 关键词： (Ga Mn)As 稀磁半导体 密度泛函理论     

Mn掺杂GaN稀磁半导体的电磁特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法计算了不同浓度Mn掺杂GaN（Ga1-xMnxN, x=0.0625和0.1250）的晶格常数、能带结构和态密度,分析比较了掺杂前后GaN的电子结构和磁性。结果表明：Mn掺入后体系仍为直接带隙半导体,带隙宽度随Mn含量的增加逐步增大。Mn掺杂GaN均使得N 2p与Mn 3d轨道杂化,产生自旋极化杂质带,自旋向上的能带占据费米面,掺杂后的Ga1-xMnxN表现为半金属铁磁性,适合自旋注入;随着Mn掺杂浓度的增加,体系的半金属性有所增强。     

Curie温度附近稀磁半导体(Ga,Mn)As的电学噪声谱性质

建立了自发噪声谱测量系统来研究稀磁半导体（Ga,Mn）As的电学噪声性质.通过测量（Ga,Mn）As材料的自发噪声谱,发现（Ga,Mn）As的自发涨落会随温度升高而逐渐增大,同时,外加磁场会降低（Ga,Mn）As的自发涨落,这来源于外加磁场导致的（Ga,Mn）As磁畴部分有序化.此外,不同频率的噪声随温度的变化规律有很大差异：当频率低于30 kHz的时候,噪声谱和温度的变化关系和热噪声很相似,但数值上明显大于热噪声的值;当频率在30 kHz左右的时候,噪声大小和温度成线性关系;当频率大于30 kHz以后,在相变点附近噪声大小和温度的关系出现了明显的转折,高频高温噪声的大小和热噪声的理论值非常接近.这些结果有助于深入理解（Ga,Mn）As磁性起源的物理机制. 关键词： 自旋电子学 稀磁半导体 自发涨落谱     

稀磁半导体的研究进展

本文主要介绍了III-V族稀磁半导体(Ga,Mn)As的研究进展,包括(Ga,Mn)As的生长制备、基本磁性质、磁输运特征、磁光性质、磁性起源、相关的异质结构和自旋注入等,同时还简单介绍了其它稀磁半导体如IV族、III-VI族和IV-VI族等稀磁半导体的研究进展,在文章的最后描述了理想的稀磁半导体应该具备的特征以及对未来的展望。     

稀磁半导体的研究进展

本文主要介绍了III-V族稀磁半导体(Ga,Mn)As的研究进展,包括(Ga,Mn)As的生长制备、基本磁性质、磁输运特征、磁光性质、磁性起源、相关的异质结构和自旋注入等,同时还简单介绍了其它稀磁半导体如IV族、III-VI族和IV-VI族等稀磁半导体的研究进展,在文章的最后描述了理想的稀磁半导体应该具备的特征以及对未来的展望。     

Mn掺杂GaN稀磁半导体的电磁特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法计算了不同浓度Mn掺杂GaN(Ga1-xMnxN,x=0.0625和0.1250)的晶格常数、能带结构和态密度,分析比较了掺杂前后GaN的电子结构和磁性.结果表明:Mn掺入后体系仍为直接带隙半导体,带隙宽度随Mn含量的增加逐步增大.Mn掺杂GaN均使得N2p与Mn3d轨道杂化,产生自旋极化杂质带,自旋向上的能带占据费米面,掺杂后的Ga1-xMnxN表现为半金属铁磁性,适合自旋注入;随着Mn掺杂浓度的增加,体系的半金属性有所增强.     

TM掺杂的Ⅲ-Ⅴ族稀磁半导体电磁性质的第一原理计算

使用基于自旋局域密度泛函理论的第一性原理方法对3d过渡金属(TM=V，Cr，Mn，Fe，Co和Ni)掺杂的Ⅲ-Ⅴ族半导体(GaAs和GaP)的电磁性质进行了计算.结果发现：用V，Cr和Mn掺杂时体系将出现铁磁状态，而Fe掺杂时将出现反铁磁状态，Co和Ni掺杂时，其磁性则不稳定.其中，Cr掺杂的GaAs和GaP将可能是具有较高居里温度的稀磁半导体(DMS).在这些DMS系统中，V离子的磁矩大于理论期待值，Fe，Co和Ni离子的磁矩小于理论期待值，Cr和Mn离子的磁矩与期待值的差距取决于晶体的对称性以及磁性离子的能带分布.此外，使用Si和Mn共同对Ⅲ-Ⅴ族半导体进行掺杂，将有利于DMS表现为铁磁状态，并可以使体系的T_C进一步提高. 关键词： 稀磁半导体 过渡金属 掺杂 共掺杂     

源于非晶合金的透明磁性半导体

磁性半导体兼具磁性和半导体特性,通过操控电子自旋,有望实现接近完全的电子极化,提供一种全新的导电方式和器件概念.目前磁性半导体的研究对象主要为稀磁半导体,采用在非磁性半导体中添加过渡族磁性元素使半导体获得内禀磁性的方法进行制备.但大部分稀磁半导体仅具有低温磁性,成为限制其在室温可操控电子器件中应用的瓶颈.针对这一关键科学问题,本文提出与传统稀磁半导体制备方法相反的合成思路,在磁性非晶合金中引入非金属元素诱发金属-半导体转变,使磁性非晶获得半导体电性,研制出具有新奇磁、光、电耦合特性的非晶态浓磁半导体,揭示其载流子调制磁性的内禀机理,发展出可在室温下工作的p-n结及电控磁器件.     

非简并p型Hgi-xMnxTe单晶（z〉0.17）的负磁电阻机理研究

研究磁性半导体中负磁电阻产生机理对正确理解载流子与磁性离子间的sp．d磁交换作用是非常重要的．通过变温（10-300K）磁输运和变温（5-300K）磁化率实验研究了一系列不同Mn含量非简并P型Hgl-xMn。Te单晶佃〉0．17）的负磁电阻和顺磁增强效应．实验结果表明其负磁电阻与温度的关系和磁化率与温度的关系基本一致,两者都包含一个呈指数型变化的温度函数exp（-K／T）．根据磁性半导体的杂质能级理论,非简并P型H譬1-xMnxTe单晶在低磁场范围内出现负磁电阻效应的主要物理机理为外磁场的磁化效应使得受主杂质或受主型束缚磁极化子的有效电离能减小．     

稀磁半导体(Ga1-xFex)As的电子结构,磁性及其稳定性的第一性原理研究

采用基于第一性原理的紧束缚近似线性muffin-tin轨道(TB-LMTO-ASA)的方法,在原子球近似的基础上计算了均匀掺杂的稀磁半导体(Ga1-xFex)As在各掺杂浓度下(x=1,1/2,1/4和1/8)的总能量,由能量最低原理得到其在各稳定点的晶格常数,磁性及相应态密度.计算结果表明了(Ga1-xFex)As的晶格常数随掺杂浓度的增大而减小,在各掺杂浓度下(除x=1)样品都是反铁磁态的,Fe 3d和As 4p之间杂化是引起样品电子结构和磁性变化的主要原因.     

与半导体相容的半金属铁磁体

文章在自旋电子学与新型计算机元件的背景下介绍了与半导体相容的半金属铁磁体，及其实验和理论研究进展情况．指出其中半稳能量低并且稳定性好的理论预测材料有可能不久通过外延方式在合适的基底上生长出来，并且得到实际应用．     

(Ga,Mn)As光调制反射光谱

室温下我们研究了稀磁半导体(Ga,Mn)As的光调制反射(PR)光谱,观测到来自样品的Franz-Keldysh振荡(FKO)信号。随着Mn原子浓度的增加,PR线形展宽,但是临界点E₀和E₀+Δ₀没有明显的移动。根据FKO振荡数据,计算得到样品表面电场强度随Mn原子掺杂浓度的增加而增强。测量到与Mn原子掺杂相关的杂质带,其能量位置离GaAs价带边~100 meV。根据样品的表面电场强度和表面耗尽层模型,估算样品的空穴浓度为~10¹⁷cm^-3,较低的空穴浓度可能与样品具有较低的居里温度有关,或测量的PR信号来自于样品中外延层的部分耗尽区域。     

双空位掺杂氟化石墨烯的电子性质和磁性

基于密度泛函理论,计算了外来原子X(Al,P,Ga,As,Si)双空位替代掺杂氟化石墨烯的电子特性和磁性.通过对计算结果分析发现,与石墨烯的双空位掺杂类似,氟化石墨烯的双空位掺杂也是一种较为理想的掺杂方式.通过不同原子掺杂,氟化石墨烯的电子性质与磁性均发生很大变化:Al和Ga掺杂使氟化石墨烯由半导体变为金属,并且具有磁性;P和A8掺杂使氟化石墨烯变为自旋半导体;Si掺杂氟化石墨烯仍是半导体,只改变带隙且没有磁性.进一步讨论磁性产生机制获得了掺杂原子浓度与磁性的关系,并且发现不同掺杂情况的磁性是由不同原子的不同轨道电子引起的.双空位掺杂不仅丰富了氟化石墨烯的掺杂方式,其不同电磁特性也使此类掺杂结构在未来的电子器件中具有潜在应用.     

高质量稀磁半导体(Ga,Mn)Sb单晶薄膜分子束外延生长

理论预言窄禁带稀磁半导体(Ga,Mn)Sb及其异质结构可能存在量子反常霍尔效应等新奇特性, 近年来受到了特别关注. 但是, 由于(Ga,Mn)Sb薄膜生长窗口窄, 纯相(Ga,Mn)Sb薄膜制备比较困难, 迄今关于这类材料的研究报道为数不多. 本文采用低温分子束外延的方法, 通过优化生长条件, 成功制备出厚度为10 nm, Mn含量在0.016至0.039之间的多组(Ga,Mn)Sb薄膜样品. 生长过程中反射式高能电子衍射原位监测和磁性测量都表明没有MnSb等杂相的偏析, 同时原子力显微镜图像表明其表面形貌平滑, 粗糙度小. 通过生长后退火处理, (Ga,Mn)Sb薄膜的最高居里温度达到30 K. 此外, 本文研究了霍尔电阻和薄膜电阻随磁场的变化关系, 在低温下观测到明显的反常霍尔效应.     

Mn掺杂对半金属铁磁体Fe_2Si电磁特性的影响

此文用基于密度泛函理论第一性原理的贋势平面波方法,计算了Fe_2Si及Mn掺杂Fe_2Si体系的能带结构、电子态密度和磁学特性,分析了不同位置Mn掺杂对Fe_2Si电磁特性的影响,获得了纯的和不同位置Mn掺杂的Fe_2Si体系是铁磁体,自旋向上的能带结构穿过费米面表现金属特性,纯Fe_2Si的半金属隙为0.164e V;Mn掺杂在Fe1位时,自旋向下部分转变为A-M间的间接带隙半导体,体系呈现半金属特性,此时磁矩为2.00μB,是真正的半金属性铁磁体;掺杂在Fe2位时,自旋向下部分的带隙值接近于0,体系呈现金属特性;掺杂在Fe3位时,自旋向下部分转变为L-L间的直接带隙半导体,体系呈现半金属特性等有益结果 .自旋电荷密度分布图表明Mn原子的3d电子比较局域,和周围原子成键时3d电子更倾向于形成共价键.体系的半金属性和磁性主要来源于Fe-3d电子与Mn-3d电子之间的d-d交换,Si-3p电子与Fe、Mn-3d电子之间的p-d杂化.这些结果为半金属铁磁体Fe_2Si的电磁调控提供了有效的理论指导.     

稀磁半导体材料居里温度的极值点

以Zener模型为基础,考虑反铁磁性交换作用对DMS材料居里温度的影响,理论计算得到了居里温度关于掺杂浓度和反铁磁性交换作用的二元函数,对GaAs ∶ TM(Ga,TM)As (TM=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni)的居里温度做了详细分析得到:n型半导体居里温度有一个极大值,而p型掺杂是单调的递增。     

对称半导体光放大器马赫—曾德尔干涉仪解复用器的开关特性分析

分析以以半导体光放大器（SOA）为基础的对称马赫－曾德尔干涉仪（MZI）解复用器在控制脉冲和信号脉冲反向传播（CPMZ）与同向传播（TPMZ）两种工作模式下的开关特性。研究表明：控制脉冲宽度、半导体光放大器的长度和非线性增益压缩影响着控制脉冲和信号脉冲反向传播开关窗口的大小，是限制控制脉冲和信号脉冲反向传播高速工作的主要因素。当控制脉冲宽度小于半导体光放大器的渡越时间时，如时延量小于于两位的半导体光放大器渡越时间，控制脉冲和信号脉冲以向传播的峰值开关比开始恶化；当控制脉冲宽度超过半导体光放大器的渡越时间时，即使时延量大于两倍的半导体光放大器滤越时间，峰值开关比也出现恶化。因此当控制脉冲和信号脉冲反向传播高速工作时，控制脉冲应尽可能窄，且时延量必须大于两倍的半导体光放大器渡越时间以确保有较高的峰值开关比，而半导体光放大器长度效应对控制脉冲和信号脉冲同向传播的影响甚微。     

多晶Si0.9654Mn0.0346:B薄膜的磁性研究

利用磁控溅射和快速热处理的方法制备了Mn,B共掺的多晶硅薄膜(Si0.9654Mn0.0346:B).磁性和结构研究发现薄膜有两个铁磁相.低温铁磁相来源于杂相Mn4Si7,高温铁磁相(居里温度TC～250K)是由Mn原子掺杂进入Si晶格导致.晶化后的薄膜利用射频等离子体增强化学气相沉积系统(PECVD)进行短暂(4min)的氢化处理后发现,薄膜的微结构没有发生变化而饱和磁化强度却随着载流子浓度的增大而增大.样品的饱和磁化强度和载流子浓度密切相关为验证在硅基磁半导体中磁性是以空穴为媒介的这一理论提供了有力的证据.     

今日中国物理

 1 复旦研制半磁半导体薄膜据《研究进展简报》报道,复旦大学表面物理国家重点实验室采用简单国产设备,建立一套热壁外延装置,成功地在GaAs衬底上生长出Zn_1-xMn_xSe半磁半导体薄膜,用X射线衍射、喇曼散射和俄歇电子能谱分析,表明薄膜的晶体质量良好,磁性元素Mn的含量最高可超过15％,填补了国内这方面的空白.样品已提供有关单位进行各种磁性测量和基础研究.2 物理学家郑志鹏教授被任命高能所所长据《情况简报》报道,中国物理学家郑志鹏教授被中国科学院任命为中科院高能物理研究所所长,王书鸿、徐绍旺、马彤军、赵维仁先生被任命为副所长.     

用半导体可饱和吸收镜进行LD泵浦Yb∶YAG 激光器被动锁模研究

采用不同的半导体可饱和吸收镜, 实现了940 nm半导体直接泵浦Yb∶YAG激光器被动锁模, 得到了输出中心波长分别在1030 nm和1050 nm, 光谱半宽（FWHM）分别为1 nm和2 nm的稳定锁模脉冲序列, 其重复频率分别为190.24 MHz和178.6 MHz. 泵浦光为4W时, 两种波长的平均输出功率分别为80 mW和60 mW.