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Enhancement of the spin-glass transition temperature throughpd-orbital hybridization inZn1−xMnxTe
Physical Review B ( IF 3.7 ) Pub Date : 2021-09-22 , DOI: 10.1103/physrevb.104.104423 A. R. Alcantara 1 , S. Barrett 1 , D. Matev 1 , I. Miotkowski 2 , A. K. Ramdas 2 , T. M. Pekarek 1 , J. T. Haraldsen 1
Physical Review B ( IF 3.7 ) Pub Date : 2021-09-22 , DOI: 10.1103/physrevb.104.104423 A. R. Alcantara 1 , S. Barrett 1 , D. Matev 1 , I. Miotkowski 2 , A. K. Ramdas 2 , T. M. Pekarek 1 , J. T. Haraldsen 1
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To gain insight into the spin-glass state of diluted magnetic semiconductors, we have examined the magnetic and electronic properties of using density-functional theory as well as performed magnetization measurements on the and 0.55 systems to demonstrate a clear spin-glass transition consistent with previous literature. Using a generalized gradient approximation, we investigate the electronic and magnetic properties for , 0.075, 0.15, 0.25, and 0.50 doping levels using the magnetic moment of as guide for the dependence of the Hubbard onsite potential on the electronic structure. Simulations on both ferromagnetic (FM) and antiferromagnetic (AFM) configurations yield a distinct AFM ground-state preference, which is consistent with a zero-magnetic-moment spin-glass state. Here an onsite potential of up to 8 eV on the Mn orbitals is needed to harden the magnetic moment toward . From our analysis of the electronic structure evolution with doping and onsite potential, we confirm the semiconducting state of the Mn-doped ZnTe as well as show that the presence of Mn incorporated into the ZnTe matrix at the Zn lattice site produces magnetic interactions through the Te ions with a distinct Te-Mn -orbital hybridization. Furthermore, we show that this hybridization is activated with the Mn doping above 0.25 concentration, which corresponds to the doping level in which the spin-glass transition begins to rise. Therefore, it is likely that the coupling of -orbital hybridization of the Mn and Te orbitals is a precursor to the enhancement of the spin-glass transition temperature.
中文翻译:
通过 Zn1−xMnxTe 中的 pd-轨道杂化提高自旋玻璃化转变温度
为了深入了解稀磁半导体的自旋玻璃态,我们研究了 使用密度泛函理论以及对磁化强度进行测量 和 0.55 系统,以证明与以前的文献一致的清晰的自旋玻璃化转变。使用广义梯度近似,我们研究了电子和磁性, 0.075, 0.15, 0.25, 和 0.50 掺杂水平使用磁矩 作为哈伯德现场电位对电子结构依赖性的指南。对铁磁 (FM) 和反铁磁 (AFM) 配置的模拟产生了明显的 AFM 基态偏好,这与零磁矩自旋玻璃态一致。这里 Mn 上的现场电位高达 8 eV 需要轨道来硬化磁矩 . 根据我们对掺杂和现场电位的电子结构演变的分析,我们确认了 Mn 掺杂的 ZnTe 的半导体状态,并表明在 Zn 晶格位点处掺入 ZnTe 基质中的 Mn 的存在通过 Te 产生磁相互作用具有独特 Te-Mn 的离子-轨道杂交。此外,我们表明这种杂化在 Mn 掺杂浓度高于 0.25 时被激活,这对应于自旋玻璃化转变开始上升的掺杂水平。因此,很可能是耦合-Mn 和 Te 的轨道杂化 轨道是提高自旋玻璃化转变温度的前兆。
更新日期:2021-09-22
中文翻译:
通过 Zn1−xMnxTe 中的 pd-轨道杂化提高自旋玻璃化转变温度
为了深入了解稀磁半导体的自旋玻璃态,我们研究了 使用密度泛函理论以及对磁化强度进行测量 和 0.55 系统,以证明与以前的文献一致的清晰的自旋玻璃化转变。使用广义梯度近似,我们研究了电子和磁性, 0.075, 0.15, 0.25, 和 0.50 掺杂水平使用磁矩 作为哈伯德现场电位对电子结构依赖性的指南。对铁磁 (FM) 和反铁磁 (AFM) 配置的模拟产生了明显的 AFM 基态偏好,这与零磁矩自旋玻璃态一致。这里 Mn 上的现场电位高达 8 eV 需要轨道来硬化磁矩 . 根据我们对掺杂和现场电位的电子结构演变的分析,我们确认了 Mn 掺杂的 ZnTe 的半导体状态,并表明在 Zn 晶格位点处掺入 ZnTe 基质中的 Mn 的存在通过 Te 产生磁相互作用具有独特 Te-Mn 的离子-轨道杂交。此外,我们表明这种杂化在 Mn 掺杂浓度高于 0.25 时被激活,这对应于自旋玻璃化转变开始上升的掺杂水平。因此,很可能是耦合-Mn 和 Te 的轨道杂化 轨道是提高自旋玻璃化转变温度的前兆。