基于Ⅲ-Ⅴ稀磁半導(dǎo)體鐵磁性能的數(shù)值計算.pdf

1、本論文主要研究了Ⅲ-Ⅴ族稀磁半導(dǎo)體材料(DMS)的磁性特征，基于一維薛定諤方程和泊松方程的自洽求解，我們著重分析了材料的自旋極化強度、相變溫度等物理量隨材料結(jié)構(gòu)參數(shù)以及Mnδ摻雜條件的變化關(guān)系，深入探討了低維體系中量子限域效應(yīng)及其對材料居里溫度(T<,c>)的影響。根據(jù)DMS材料的p-d和s-d相互作用理論，DMS的鐵磁相變特性主要取決于磁性離子的空間分布以及受邊界條件限制的載流子在最低子帶能級的包絡(luò)函數(shù)，為此我們建立了一個具有確定阱深

2、的不對稱雙量子阱的物理模型。 首先我們采用自洽求解方法對Mnδ摻雜的GaAs/p-AlGaAs異質(zhì)結(jié)進行數(shù)值模擬。該模型中阱內(nèi)空穴來自Be摻雜的AlGaAs勢壘以及未補償?shù)腗n雜質(zhì)本身?？紤]到Mn磁性離子及Hartree勢的影響，同時自洽求解薛定諤和泊松方程，針對不同的Mnδ摻雜濃度和摻雜位置，求出該量子體系T<,c>的變化趨勢。分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)Mnδ摻雜濃度較低時，二維空穴氣(2DHG)包絡(luò)函數(shù)的峰值保持在離異質(zhì)結(jié)界面約4nm處，與

3、Mnδ摻雜的位置無關(guān)。通過低溫退火增加量子阱內(nèi)有效的空穴濃度后，發(fā)現(xiàn)2DHG的峰值出現(xiàn)顯著的移動，同時量子阱內(nèi)空穴分布更加集中。在選取優(yōu)化參數(shù)的條件下，我們可以將該GaAs/AlGaAs量子阱體系的T<,c>提高約1.6倍，該數(shù)值計算結(jié)果很好地驗證了目前實驗上的研究結(jié)果。 然后我們將在GaAs/p-AlGaAs量子阱中研究成功的方法移植到對Mnδ摻雜GaN基低維材料的討論中，對GaN基DMS的鐵磁性能及其對內(nèi)在極化電場的依賴性進

4、行了深入探討。采用傳輸矩陣法分析了極化誘導(dǎo)的內(nèi)建電場對Mnδ摻雜的GaN/AlGaN量子阱內(nèi)T<,c>的調(diào)制作用。通過求解薛定諤方程計算出在不同的內(nèi)建電場條件下量子阱內(nèi)的基態(tài)空穴能級和波函數(shù)分布情況，在此基礎(chǔ)上著重分析了由量子阱結(jié)構(gòu)變化引起的內(nèi)建電場分布情況對于T<,c>的調(diào)節(jié)作用，在耦合雙量子阱中通過調(diào)節(jié)左右阱的不對稱性可以得到T<,c>近3倍的增長。 最后我們以Ⅲ-Ⅴ族稀磁半導(dǎo)體材料(Ga,Mn)As為例，同時考慮到Mn磁性