《鐵磁性半導體（Ga,Mn）As的臨界現象研究》是依託四川大學，由向鋼擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鐵磁性半導體(Ga,Mn)As的臨界現象研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：向鋼
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
(Ga,Mn)As是研究稀磁半導體的模型材料之一。目前被普遍接受的理論模型認為，其鐵磁性來源於材料中的空穴所調製的局域磁性離子間的交換作用。然而，研究者們對於其中起關鍵作用的空穴的存在狀態尚有爭議: 空穴是以自由狀態存在於半導體價帶中，還是以局域束縛態存在於雜質能級中? 此問題既是基本的物理問題，也對與磁體中載流子相關的器件套用有重要意義。而現有的磁、電、光等實驗數據無法給出確切答案。有鑒於此，本項目旨在通過研究(Ga,Mn)As相變現象，即測量其在臨界溫度鄰域的比熱容、磁化強度隨外加磁場的變化和電導率隨溫度的變化等，獲得臨界指數的數值，由此判定磁體中交換作用的類別與性質，從而判斷出與交換作用密切相關的空穴的存在狀態, 進一步完善現有的磁性理論。同時， 此項目也可揭示隱藏在(Ga,Mn)As豐富獨特的臨界現象背後可能存在的物理規律。此項研究對於基本磁性理論與磁性半導體器件套用都有重要價值。
結題摘要
磁性半導體GaMnAs體系研究目前最大的瓶頸是臨界溫度低於室溫，本項目旨在通過研究其臨界現象，探索提高居里溫度的可能新機制。我們採用實驗和理論計算並行的研究路線，對磁性半導體的結構、磁性、電學特性等進行了系統研究。主要研究內容與重要結果包括：（1）我們表征了分子束外延生長法製備的GaMnAs的晶體結構，測量其居里溫度與飽和磁化強度，測量其電導率對溫度的依賴關係，並利用電子束（1.7 MeV）對磁性半導體樣品進行輻照，發現輻照後其居里溫度與磁電特性均得到改善；我們進一步採用次級離子質譜對輻照前後樣品進行分析，確認了電子輻照的均勻退火效應對磁性半導體臨界性質的有效作用機制。（2）通過對GaMnAs團簇的形成過程的仔細研究，發現在Mn濃度較高時MnAs易於形成團簇，揭示了GaMnAs生長過程中當Mn濃度較高時易於生成第二相的原因，同時也意味著通過大幅提高Mn的摻雜量提高GaMnAs居里溫度是不可行的。（3）研究了Mn-GaAs二維平面薄膜的磁電特性，發現其臨界居里溫度並不優於三維體系，原因在於雖然二維體系的磁交換作用更強但磁交換少了一個維度；並進一步拓展開來，研究了過渡金屬吸附於GaAs二維平面薄膜對其磁性的影響，（4）研究了應力對GaMnAs一維納米線的居里溫度的影響，發現應力可小幅度調控磁穩定性，並進一步構造了基於GaMnAs納米線器件且發現其可做整流閥與巨磁阻器件（5）進一步將工作拓展到其他磁性半導體體系，如Silicene:Co， CNT包裹的磁性納米線等，對其結構、磁性的演變與臨界現象進行了探索。簡而言之，我們的工作，揭示了電子輻照的均勻退火效應對磁性半導體的有效改善作用及其機制，指出提升Mn的摻雜濃度的路徑不可行，縮減GaMnAs的維度到二維和一維也不是有效辦法。 我們的結果，對於今後磁性半導體體系的臨界現象研究是有益的參考和指導。
