稀磁半导体(Ga,Mn)(As,Sb)的结构与磁性质研究

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本文主要研究了四元稀磁半导体(Ga,Mn)(As,Sb)薄膜的生长制备、晶体结构及磁性质等方面。首先,利用低温分子束外延技术成功制备出不同Sb含量的四元铁磁半导体(Ga,Mn)(As,Sb)薄膜。高分辨X射线衍射图表明该薄膜具有很好的晶体质量,由衍射峰位计算出晶格常数并估算了名义Mn含量,发现Sb的并入引起了晶格的显著增大。超导量子干涉仪测量结果显示样品具有铁磁性,并给出了样品的居里温度;由样品的饱和磁矩计算出有效Mn含量,并分析了Sb并入带来的影响。磁输运结果表明,随着Sb含量的增加,居里温度TC、有效Mn含量Xeff以及空穴浓度p具有相似的变化趋势。低含量的Sb并入有利于样品居里温度的提高,但是较高含量的Sb并入将引起有效Mn含量和空穴浓度的降低,进而导致居里温度下降。我们采用齐纳模型在平均场近似下对样品的居里温度进行数据拟合,拟合结果表明TC正比于xeff·p1/3,与理论计算符合得很好。通过拟合曲线的斜率计算了材料的交换能为N0β=-1.09eV,与(Ga,Mn)As的交换能相近。其次,在背散射配置下,使用氩离子457nm激光光源于室温环境对(Ga,Mn)(As,Sb)进行拉曼光谱研究,发现Sb的并入与拉曼峰的移动及峰型对称性有密切关系。采用洛伦兹双峰拟合及谱形公式单峰拟合两种方法计算了样品的空穴浓度,并与磁输运得到的结果进行了比较。结果显示,对于低Mn含量的样品,采用双峰拟合得到了与磁输运相近的结果;但是随着Mn与Sb含量的增大,拉曼峰对称性的提高将使双峰拟合失效。对于拉曼峰对称性较好的样品,采用谱形公式的单峰拟合方法得到了与磁输运相近的结果。
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