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贡献者：不爱吃窝瓜 浏览：2163次 创建时间：2015-03-31
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稀磁半导体
中文名稀磁半导体
外文名Diluted magnetic semiconductors
英文简称 DMS
概 念非磁性半导体中的部分原子被过渡金属元素取代后形成的磁性半导体
稀磁半导体（Diluted magnetic semiconductors, DMS）是指非磁性半导体中的部分原子被过渡金属元素（transition metals, TM）取代后形成的磁性半导体，因兼具有半导体和磁性的性质，即在一种材料中同时应用电子电荷和自旋两种自由度，因而引起科研工作者的广泛关注，目前尚处于研究阶段。存在的问题集中于稀磁半导体的磁性来源，倘若研究结果与人设想的相同，则必将给计算机领域带来一场新的革命。
目前对稀磁半导体是否具有铁磁性有了一定的共识， Phys. Rev. Lett.,(2008)100,047206从载流子的角度把DMS分为三个区，载流子浓度较大在金属区时具有室温铁磁性，且磁性与载流子浓度有关，属于载流子诱导模型；载流子浓度较小属于绝缘区时也具有室温铁磁性，磁性与氧空位浓度有关，符合束缚磁极化子(BMP)模型；载流子浓度处于中间区时则无磁性。山西师范大学许小红课题组制备了Mn/Sn共掺的In2O3，当把载流子浓度调制在金属区和中间区时正好出现了磁性的有和无，即磁性的开关现象(APL96,052503-2010),进一步验证此理论的正确性。
制备稀磁半导体的主要困难是磁性离子在Ⅲ-Ⅴ族半导体中的固溶度太低。而在半导体中磁性离子的浓度<10cm时，即起不了什么作用；但若采用MBE的低温非平衡生长工艺可克服此困难，从而相继制备出了（In，Mn）As和（Ga，Mn）As等Ⅲ-Ⅴ族磁性半导体。
稀磁半导体材料的特点在于存在有磁极子的局域磁矩与载流子的相互作用，从而产生出许多新的性质和新的效应。它的磁输运特性有如：①存在有奇异的Hall效应（即Hall系数与磁场的关系类似于一般的磁化曲线，这是由于载流子与磁性Mn原子之间的各向异性散射所致）；②存在有非金属-金属-非金属转变（Mn含量较低时呈现非金属行为，Mn含量较高时呈现金属行为，当Mn含量更高时又呈现非金属行为）；③具有很大的负磁阻效应；④在磁/半导体层异质结中具有自旋共振隧穿效应，即能引起大的隧穿磁电阻（TMR）——变化大、无方向性、为负值；⑤具有层间磁耦合作用，对于 [磁半导体层/ 非磁半导体层 /磁半导体层] 结构，观察到了磁半导体层之间的铁磁耦合和自旋散射与自旋隧穿所引起的磁阻效应。
对于稀磁半导体材料需进一步研究的课题有如：a）生长更多种类的材料；b）提高材料的居里温度（GaMnN和ZnMnO具有高达室温的居里温度）；c）用稀磁半导体作为磁性金属与半导体相连接的界面层，实现自旋极化的载流子往非磁性半导体中的注入，来研究非磁性半导体中载流子的自旋；d）把稀磁半导体与半导体异质结组合起来，可出现新型器件（例如，对（Ga，Mn）As/（Al，Ga）As/（Ga，Mn）As结构：改变温度和电场等，可控制半导体层中的载流子浓度及磁半导体层间的耦合强度；稀磁半导体层的磁阻现象，可具有磁性存储和记忆功能；还可实现半导体集成）；e）如何、可否把其他磁性离子Fe、Co等引入GaAs中的问题，尚需要进行研究。
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