Estudos de propriedades elétricas e magnéticas em nanoestruturas de GaMnAs de uso em spintrônica

• Main Author: Erika Dias Cabral
• Other Authors: Ivan Costa da Cunha Lima
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade do Estado do Rio de Janeiro 2009
• Subjects: Densidade espectral; Monte Carlo; Camada digital; Transição metal-não metal-metal; Estados localizados e estendidos; Delta doping; Metal-to non metal-to-metal transition; Spectral density; Localized and extendes states; FISICA DA MATERIA CONDENSADA
• Online Access: http://www.bdtd.uerj.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=1462

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior === Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico === Um estudo da interação entre desordem e polarização de spin no GaMnAs ajuda a compreender a natureza dos estados, estendidos ou localizados, bem como as consequências para as transições observadas sobre as propriedades de transporte e às mudanças na ordem magnética de momentos magnéticos localizados em sítios de Mn. Este estudo pressupõe a ocorrência de uma banda impureza com baixas concentrações de Mn, que merge na banda valência no caso de concentrações mais elevadas. A abordagem teórica, baseada em um formalismo de espalhamento múltiplo auto-consistente, através do cálculo da função de Green para buracos determina-se a função densidade espectral no nível de Fermi. A escolha de uma figura de mérito, com base na largura e sobre a posição do máximo da função densidade espectral no espaço recíproco, leva a um diagrama de fase que determina o caráter metálicos ou não metálicos da amostra. Também é possível identificar a mobility edge, e como consequência, a densidade efetiva de portadores livre. Uma amostra é definida pelo par de parâmetros independentes, a concentração de Mn e a densidade buraco. As melhores amostras, aquelas com os maiores valores de mérito, tem uma relação entre a densidade de buracos estendidos e a concentração de Mn aproximadamente de 0.3, muito próximo do raio de 10-25% observada entre as amostras reais produzidos com a mais alta temperatura de transição. Além disso, a relação entre essas concentrações de Mn correspondente as transições metal-não-metal e não-metal-metal que é de aproximadamente 2.4, muito próximo do valor 2.1 da amostras reais. Uma interpretação da ocorrência de ferromagnetismo com alta temperatura de transição em GaMnAs é dada como uma consequência da interação entre o mecanismo de interação assistido por estados localizados e interações indiretas assistida pelo estdos buraco estendidos. Portadores mediando magnetismo em semicondutores mostram diferenças importantes e potencialmente úteis a diferenças de magnetismo em metais tais como o luz- ou voltagem elétrica -controlando ferromagnetismo. Motivado por experiências reportadas em poços quânticos de GaAs com uma dopagem delta de Mn com altas temperaturas Currier (temperatura de transição) mais elevadas do que em bulk de (Ga, Mn)As, nós exploramos teoricamente a viabilidade do campo elétrico controlar ferromagnetismo em poços quânticos. Nós calculamos auto-consistentemente a interação de troca indireta em Mn-Mn íons e aplicamos a simulação Monte Carlo para encontrar transição temperatura Tc. A nossa abordagem permite-nos estudar sistematicamente os efeitos de confinamento quântico e da posição da camada magnética de Mn e Tc, que vai além da aproximação do campo médio. Nós comparamos nossos resultados com os resultados experimentais e sugerimos caminho para o melhor controle do ferromagnetismo. === A study of the interplay between disorder and spin polarization in the diluted magnetic semiconductor GaMnAs helps to understand the character of states, extended or localized. This study assumes the occurrence of an impurity band which merges into the valence band at higher concentrations. The theoretical approach, based on a self-consistent multiple scattering formalism, determines the spectral density function at the Fermi level from the calculation of the hole's Green's functions. A choice of a figure of merit, based on the width and on the position of the maximum of the spectral density function in the reciprocal space, leads to a phase diagram determining the metallic or non-metallic character of the sample. It is also possible to identify mobility edges and, in consequence, the density of effectively free carriers. A model sample is defined by the pair of independent parameters, Mn concentration and hole density. The best samples, those with the highest figures of merit, have a ratio between the extended hole density and the Mn concentration near 0.3, very close to ratio of 10-30% observed among the real samples produced with the highest transition temperatures. Also, the ratio between those Mn concentrations corresponding to the metal-to-non-metal and non-metal-to-metal transitions is approximately 2.4, very close to the value 2.1 inferred from the real samples. An interpretation of the occurrence of high transition temperature ferromagnetism in GaM-nAs is given as a consequence of the interplay between interaction mechanism assisted by localized states and indirect interactions assisted by extended hole states. Carrier mediated magnetism in semiconductors show important and potentially useful differences from magnetism in metals,such as light- or bias-controlled ferromagnetism. Motivated by experiments reporting higher Currier temperatures in GaAs quantum wells with Mn-delta doping than the ones observed in bulk (Ga,Mn)As, we explore theoretically the feasibility of bias-controlled ferromagnetism these systems. We calculate self-consistently indirect Mn-Mn exchange interaction, and apply Monte Carlo approach to find transition temperature Tc. Our approach allows us to systematically study the eects of quantum confinement and the position of Mn layer on magnetic ordering and Tc, beyond mean field approximation. We compare our findings with the experimental results and suggest paths toward improving the control of ferromagnetism.