Spin ordering in semiconductor heterostructures with ferromagneticδlayers

Abstract

We report on theoretical study of the magnetic properties of a magnetic metal ␦ layer embedded into a nonmagnetic nondegenerated semiconductor, taking into account the diffusion smearing, that is unavoidable in the case of delta doping. The system of interest is modeled by the ␦ layer core, enriched in metal atoms, and a nearly depleted smeared periphery. Confinement states in the form of two-dimensional spin-polarized subbands within the semiconductor band gap arise from potential and exchange scattering of carriers at the core. The mechanism of indirect exchange between impurity spins placed within the peripheral region of the ␦ layer, via partially occupied confinement states, is analyzed. It is shown that, in the case of a ferromagnetic core, the impurity spins align parallel or antiparallel to the core magnetization, due to the polarization of carriers in the confinement states. Allowing for the confinement mechanism of interaction between the impurity spins as well as for the exchange mechanism through deep levels of the semiconductor host, the magnetic configuration of the impurity spins in the peripheral region of the ␦ layer is obtained in the framework of a phenomenological approach.

Ab initiostudy of the magnetic ordering in Si/Mn digital alloys

“…The presence of the magnetic metal layers leads to the formation of spin-polarized quasi-two-dimensional bands, which strongly affect the magnetic properties of these materials. [28][29][30][31] According to the experimental data, available mostly for the A III B V /Mn DMAs, magnetic δ-layers are essentially smeared in the perpendicular direction [32][33][34] and can contain clusters and secondary phases. 35 Besides, Mn atoms are always present at the background level in the undoped semiconductor spacers.…”

Квантовые поправки к проводимости и аномальный эффект Холла в квантовых ямах InGaAs с пространственно отделенной примесью Mn

“…Однако для потенциальной интеграции ферромагнитных (ФМ) полупроводниковых устройств в существующие техно-логии принципиально важным является исследование магнитных систем с двумерным спектром носителей за-ряда. Результаты исследований магнитных гетерострук-тур позволили частично выяснить особенности таких систем, в том числе, в случае пространственного разде-ления магнитных атомов Mn и двумерного дырочного газа, когда их взаимодействие является существенно непрямым [3][4][5][6][7]. Наличие этого взаимодействия долж-но оказывать заметное влияние на зарядовый транс-порт в системе, однако природа наблюдаемых особен-ностей магнетотранспорта еще далека от детального понимания.…”

“…Стоит отметить, что при дальней-шем понижении температуры (ниже 15 K) ρ x x вновь начинает возрастать, что связывается с проявлением квантовых поправок к проводимости, рассматривае-мых далее. Магнитное упорядочение моментов Mn в подобных системах достигается за счет косвенного обмена, со-стоящего из внутрислоевого вклада [6], обусловленного носителями в связанных состояниях в примесном слое (Ga, Mn)As, и вклада непрямого обменного взаимодей-ствия [3], связанного с туннелированием делокализован-ных дырок из КЯ в примесный слой. Стоит отметить, что непрямой обмен может оказаться определяющим за счет его резонансного усиления при совпадении энергии дырок в канале с энергией связанных состояний в примесном слое [3].…”

Pecularities of Hall effect in GaAs/δ〈Mn〉/GaAs/InxGa1−xAs/ GaAs (x ≈ 0.2) heterostructures with high Mn content

“…These materials are also of interest for spintronics application due to an important role of spin polarization of carriers in transport and optical phenomena and relatively high Curie temperatures T in them [1][2][3]. Ferromagnet/semiconductor (FM/SC) hybrid structures [3] based on DMSs of c III-V groups deserved a special attention due to their quite unusual magnetic and transport properties particularly caused by magnetic proximity effects which exerted a crucial influence in these systems [4][5][6].…”