Термодинамічні властивості розбавлених магнітних напівпровідникових надграток, легованих Mn
Анотація
У цій роботі досліджуються термодинамічні властивості двовимірного електронного газу в розбавлених магнітних напівпровідникових надґратках, легованих марганцем, з особливим акцентом на хімічний потенціал. У рамках великого канонічного формалізму отримано загальний вираз для хімічного потенціалу, який є справедливим як для вироджених, так і для невироджених випадків. У невиродженій границі хімічний потенціал зменшується зі зростанням температури та демонструє логарифмічну залежність від густини носіїв; температурна чутливість є найбільш вираженою за низьких концентрацій носіїв, де домінують ентропійні ефекти. У виродженому режимі квантування Ландау призводить до характерної ступінчастої коливальної залежності хімічного потенціалу від прикладеного магнітного поля. Вплив обмінної взаємодії аналізується у двох граничних випадках: у границі слабкого зв'язку поправка до хімічного потенціалу є лінійною щодо концентрації Mn та константи обміну, тоді як у границі сильного зв'язку система наближається до повної спінової поляризації з носіями, обмеженими переважно одним спіновим каналом. Обмінна взаємодія вносить додатковий спінзалежний внесок, що описується функцією Бріллюена, і призводить до найбільш виражених модифікацій за низьких температур та в сильних магнітних полях.
Завантаження
Посилання
J. Kossut, and J.A. Gaj, Introduction to the physics of diluted magnetic semiconductors, (Springer, Berlin, Heidelberg, 2010), p. 469, https://doi.org/10.1007/978-3-642-15856-8
P. Kacman, “Spin interactions in diluted magnetic semiconductors and magnetic semiconductor structures”, Semiconductor Science and Technology, 16(4), R25-R39 (2001). https://doi.org/10.1088/0268-1242/16/4/201
A. Gupta, R. Zhang, P. Kumar, V. Kumar, and A. Kumar, “Nano-structured dilute magnetic semiconductors for efficient spintronics at room temperature”, Magnetochemistry, 6(1), 1-22 (2020). https://doi.org/10.3390/magnetochemistry6010015
A.M. Babanli, and B.G. Ibragimov, “Magnetic moment of electrons in diluted magnetic semiconductor quantum ring”, in: Proceedings of the 6th International conference on Control and Optimization with Industrial Applications (COIA, Baku, 2018), pp.122-124.
Berry Habte Dulla, “Thermodynamic properties of diluted magnetic semiconductors using Heisenberg spin model in 3D”, Journal of Applied Physical Science International, 2(3), 101-106 (2015). https://ikprress.org/index.php/JAPSI/article/view/2844
J. Ricardo de Sousa, and N.S. Branco, “Two-dimensional quantum spin -½ Heisenberg model with competing interactions”, Physical Review B, 72(13), 134421 (2005). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.72.134421
R.N. Bhatt, M. Berciu, M.P. Kennett, and X.Wan, “Diluted magnetic semiconductors in the low carrier density regime”, Journal of Superconductivity, 15(1), 71-83 (2002), https://doi.org/10.1023/A:1014031327996
W. Zawadzki, “Theory of optical transitions in inversion layers of narrow-gap semiconductors”, Journal of Physics C: Solid State Physics, 16(1), 229-240 (1983). https://doi.org/10.1088/0022-3719/16/1/025
T. Dietl, and H. Ohno, “Dilute ferromagnetic semiconductors: Physics and spintronic structures”, Reviews of Modern Physics, 86(1), 187-251 (2014). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.86.187
T. Jungwirth, J. Sinova, J. Mašek, J. Kučera, and A.H. MacDonald, “Theory of ferromagnetic (III,Mn)V semiconductors”, Reviews of Modern Physics, 78(3), 809-864 (2006). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.78.809
G. Bastard, Wave Mechanics Applied to Semiconductor Heterostructures, (Monographs of Physics (Les Editions de Physique)), (Wiley-Interscience Publishing, Paris, 1991), p. 357.
D.R. Yakovlev, A. Keller, et al. “Kinetic exchange between the conduction band electrons and magnetic ions in quantum-confined structures”, Physical Review Letters, 83(7), 1431-1434 (1999). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.83.1431
H. Ohno, “Making nonmagnetic semiconductors ferromagnetic”, Science, 281(5379), 951-956 (1998). https://doi.org/10.1126/science.281.5379.951
A.H. MacDonald, P. Schiffer, and N. Samarth, “Ferromagnetic semiconductors: moving beyond (Ga,Mn)As”, Nature Materials, 4(3), 195-202 (2005). https://doi.org/10.1038/nmat1325
T. Dietl, H. Ohno, F. Matsukura, J. Cibert, and D. Ferrand, “Zener model description of ferromagnetism in zinc-blende magnetic semiconductors”, Science, 287(5455), 1019-1022 (2000). https://doi.org/10.1126/science.287.5455.1019
S. Lee, S. Chung, H. Lee, X. Liu, M. Dobrowolska, and J.K. Furdyna, “Interlayer exchange coupling in (Ga,Mn)As ferromagnetic semiconductor multilayer systems”, Journal of Semiconductors, 40(8), 081503 (2019). https://doi.org/10.1088/1674-4926/40/8/081503
K. Ando, H. Saito, Z. Jin, T. Fukumura, M. Kawasaki, Y. Matsumoto, and H. Koinuma, “Magneto-optical properties of ZnO-based diluted magnetic semiconductors”, Journal of Applied Physics, 89(11), 7284-7286 (2001). https://doi.org/10.1063/1.1356035
D.D. Awschalom, and M.E. Flatté, “Challenges for semiconductor spintronics”, Nature Physics, 3, 153-159 (2007). https://doi.org/10.1038/nphys551
I. Žutić, J. Fabian, and S. Das Sarma, “Spintronics: Fundamentals and applications”, Reviews of Modern Physics, 76(2), 323-410 (2004). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.76.323
В.M. Аskerov, and S.R. Figarova, Thermodynamics, Gibbs Method and Statistical Physics of Electron Gases, (Springer, Berlin, Heidelberg, 2010), p. 374. https://doi.org/10.1007/978-3-642-03171-7
S.R. Figarova, M.M. Mahmudov, and R.Y. Damirov, “Magnetization of diluted magnetic semiconductor II type superlattices with impurities Mn (manganese) ions”, Journal of Baku Engineering University: PHYSICS, 8(1), 9-15 (2024). https://doi.org/10.30546/09081.2024.101.5002
M.M. Mahmudov, and R.Y. Damirov, “Entropy of diluted magnetic semiconductor superlattices with impurities Mn ions”, Baku State University: Journal of Physics and Space Sciences, 2(2), 9-16 (2025). https://doi.org/10.30546/209501.101.2025.2.02.03
Авторське право (c) 2026 Мехді М. Махмудов, Рагіб Й. Даміров, Наїла С. Сардарова, Арзу М. Ахмадова
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
