Półprzewodniki półmagnetyczne: od helikonów do ekscytonów, polaronów i jeszcze dalej. . .

• Autorzy: Furdyna Jacek
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł poświęcony jest pamięci zmarłego niedawno prof. Roberta Gałązki, którego wielkim osiągnięciem naukowym były badania nad półprzewodnikami półmagnetycznymi, tj. materiałami z pogranicza dwóch bardzo od siebie różnych dziedzin – magnetyzmu i fizyki półprzewodników, co na ogół prowadzi do pojawienia się zupełnie nowych i nieoczekiwanych zjawisk. Omówię tu, w jaki sposób namagnesowanie tych materiałów wpływa na własności elektryczne i optyczne, prowadząc do gigantycznego wzmocnienia efektów zależnych od spinu. Pokażę, że własności elektryczne również wpływają na magnetyczne, jak w przypadku związanego polaronu magnetycznego. Na koniec opiszę zależność własności magnetycznych półprzewodników półmagnetycznych od koncentracji jonów magnetycznych, zaczynając od prostego paramagnetyzmu, poprzez szkło spinowe, do antyferromagnetyków o dalekim zasięgu uporządkowania.

EN

This article is dedicated to the memory of the late Prof. Robert Galazka, who has played a key role In the development of semimagnetic semiconductors. hese materials lie at the interface of two very different fields: magnetism and semiconductor physics, which has led to the emergence of enirely new and unexpected phenomena. Specifically, in this paper we will discuss the effect of magnetization on electronic and optical semiconducting processes, that lead to giant enhancement of spin-dependent effects. We will show that, similarly, electronic effects also affect magnetic properties, as in the case of bound magnetic polarons. And, finally, we will describe the evolution of magnetic properties of these materials, from paramagnetism, through spin glass brehavior, to long-range antiferromagnetic order.

Słowa kluczowe

PL

półprzewodniki półmagnetyczne; helikony; fale helikonowe; gigantyczne rozszczepienie spinowe; oddziaływanie wymienne; gigantyczny efekt Faraday’a; związany polaron magnetyczny; szkło spinowe; uporządkowanie antyferromagnetyczne

EN

semimagnetic semiconductors; helicon waves; diluted magnetic semiconductors; giant spin splitting; exchange interaction; giant Faraday effect; bound magnetic polaron; spin glass; antiferromagnetic order

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Fizyczne
• Czasopismo: Postępy Fizyki
• Rocznik: 2021
• Tom: T. 72, z. 3
• Strony: 18--27
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., rys.

Twórcy

autor

Furdyna Jacek

• Wydział Fizyki, Uniwersytet Notre Dame, USA

Bibliografia

• [1] R. T. Delves, B. Lewis „Zinc blende type HgTe-MnTe solid solutions”, J. Chem. Phys. Solids 24,549 (1963).
• [2] W. Giriat „Struktura energetyczna chalkogenidków rtęci” Postępy Fizyki 21, 591 (2001).
• [3] A. Mycielski „Witold Giriat 1927 - 2001” Postępy Fizyki 52,192 (1970).
• [4] R. R. Gałązka, L. Sosnowski „Conduction Band Structure of Cdo.1Hgo.9Te” Phys. Status Solidi B 20, 113 (1967).
• [5] R. T. Holm, J. K. Furdyna „Microwave helicon propagation and heliconexcited electron paramagnetic resonance in Hg1_xMnxTe” Phys. Rev. B15, 844 (1977).
• [6] R. T. Holm i J. K. Furdyna, „Pobudzenie rezonansu spinowego falami helikonowymi w Hg^Mn^Te”, Materiały IV Ogólnokrajowego Seminarium Związków Półprzewodnikowych AUBV1 (Jaszowiec 1973) p. 185.
• [7] D. P. Mullin, R. R. Gałązka, J. K. Furdyna „Microwave helicon propagation and the dynamie magnetic susceptibility in Hg1_xMnxSe” Phys. Rev. B 24, 355 (1981).
• [8] J. Kossut „Scattering of Conduction Electrons by Magnetic-Impurities in Semiconductors of InSb- Type and HgTe-Type Band-Structure” Phys. Status Solidi B72, 359 (1975).
• [9] J. K. Furdyna „Diluted Magnetic Semiconductors” J. Appł. Phys. 64, R29 (1988).
• [10] J. A. Gaj „Półprzewodniki półmagnetyczne - przygoda mojego życia (naukowego)” Postępy Fizyki 45, 125 (1994).
• [11] A. V. Komarov, S. M. Ryabchenko, O. V. Terletskii „Magnetooptical investigations of the exciton band in CdTe: Mn2+” J. Exp. Teor. Phys. 46, 606 (1977).
• [12] J. A. Gaj, R. R. Gałązka, J. Ginter „Exchange Interaction of Manganese 3d5 States with Band Electrons in Cd1-.*Mn*Te” Phys. Status Solidi B89,655 (1978).
• [13] R. L. Aggarwal, S. N. Jasperson, P. Becla, J. K. Furdyna „Optical determination of the antiferroma gnetic exchange constant between nearest neighbor Mn+ ions in Zn0.95Mn0.05Te” Phys. Rev. B 34,5894 (1986).
• [14] D. V. Bartholomew, J. K. Furdyna, A. K. Ramdas „Interband Faraday Rotation in Diluted Magnetic Semiconductors – Zn1_xMnxTe and Cdi_xMnxTe” Phys. Rev. B 34, 6943 (1986).
• [15] J. Jaroszyński, T. Andrearczyk, G. Karczewski, J. Wróbel, T. Wojtowicz, E. Papis, E. Kamińska, A. Piotrowska, D. Popovic, T. Dietl „Ising ąuantum Hall ferromagnet in magnetically doped ąuantum wells” Phys. Rev. Lett. 89,266802 (2002).
• [16] M. Dobrowolska, W. Dobrowolski, R. R. Gałązka J. Kossut „Thermo-Oscillations of Magnetoresistance in Hg1_xMnxTe” Solid State Commun. 28, 25 (1979).
• [17] C. Betthausen, P. Giudici, A. Iankilevitc, C. Preis, V. Kolkovsky, M. Wiater, G. Karczewski, B. A. Piot, J. Kunc, M. Potemski, T. Wojtowicz, D. Weiss „Fractional ąuantum Hall effect in a dilute magnetic semiconductor” Phys. Rev. B 90,1153021 (2014).
• [18] C. Betthausen, T. Dollinger, H. Saarikoski, V. Kolkovsky, G. Karczewski, T. Wojtowicz, K. Richter, D. Weiss „Spin-Transistor Action via Tunable Landau- Zener Transitions” Science 337, 324 (2012).
• [19] T. Wojtowicz, A. Mycielski "Magnetic field induced nonmetalmetal transition in the open-gap Hg1_xMnxTe” Physica B+C117-118, 476 (1983).
• [20] T. Wojtowicz, T. Dietl, M. Sawicki, W. Plesiewicz, J. Jaroszyński ”Metalinsulator transition in semimagnetic semiconductors” Phys. Rev.Lett. 56, 2419 (1986).
• [21] T. Wojtowicz „Wpływ oddziaływania wymiennego na zjawiska transportu w Hg1-*Mn*Te” praca doktorska, Instytut Fizyki PAN (1987), s. 97.
• [22] T. Dietl J. Spałek „Effect of Fluctuations of Magnetization on the Bound Magnetic Polaron - Comparison with Experiment” Phys. Rev. Lett. 48, 355 (1982).
• [23] T. Wojtowicz, S. Kolesnik, I. Miotkowski, J. K. Furdyna „Magnetization of bound magnetic polarons: direct determination via photomemory effect” Phys. Rev. Lett. 70, 2317 (1993).
• [24] S. Lee, M. Dobrowolska, J. K. Furdyna, H. Luo, L. R. Ram-Mohan „Magnetooptical study of inter- well coupling in double ąuantum wells using diluted magnetic semiconductors” Phys. Rev. B 15,16939 (1996).
• [25] N .Dai, H. Luo ,F. C. Zhang, N. Samarth, M. Dobrowolska, J. K. Furdyna „Spin Superlattice Formation in ZnSe/ZntMnSe Multilayers” Phys. Rev. Lett. 67, 3824 (1991).
• [26] S. Nagata, R. R. Gałązka, G. D. Khattak, C. D. Amarasekara, J. K. Furdyna, P. H. Keesom „Spin Glass Transition in a diluted Frustrated Lattice: Cd1_xMnxTe, Hg1_xMnxTe, and Hg^Mn^Se” Physica B 107,311 (1978).
• [27] E. Kierzek-Pecold, W. Szymańska R. R. Gałązka, „Dynamical behavior of spin-glass Cd1 _x Mn* Te from Iow field Faraday rotation measurements”, Solid State Commun., 50, 685 (1984).
• [28] T. Giebultowicz, W. Minor, B. Buras, B. Lebech, R. R. Gałązka, „Neutron Diffraction Study of Magnetic Ordering in Cd1_xMnxTe”, Solid State Commun. 40, 499 (1981).
• [29] T. Giebultowicz, H. Kepa, B. Buras, K. Clausen, R. R. Galazka, „Neutron Scattering Studies of the Antiferomagnetic Phase of Cd1_xMnxTe”, Phys. Ser. 25,731 (1982).
• [30] T. M. Giebultowicz, P. Kłosowski, N. Samarth, H. Luo, J. K. Furdyna, J. J. Rhyne „Neutrondiffraction studies of zinc-blende MnTe epitaxial films and MnTe/ZnTe superlattices: The effect of strain and dilution on a strongly frustrated fcc antiferromagnet” Phys. Rev. B 48,12817 (1993).
• [31] J. K. Furdyna, M. Dobrowolska, H. Luo, „Semiconductors, Diluted Magnetic”, Encyclopedia of Applied Physics vol. 17, p. 373, VCH Publishers (1996).
• [32] N. Samarth, H. Luo, J. K. Furdyna, T. M. Giebułtowicz, D. D. Awschalom „Static and Dynamie Spin Organization in Magnetic Semiconductor Nanostructures” APP A 82, 573 (1992).
• [33] A. Haury, A. Wasiela, A. Arnoult, J. Cibert, S. Ta- tarenko, T. Dietl, Y. Merle dAubigne, „Observa- tion of a Ferromagnetic Transition Induced by Two-Dimensional Hole Gas in Modulation-Doped CdMnTe Quantum Wells” Phys. Rev. Lett. 79, 511 (1997).
• [34] T. Dietl, H. Ohno, F. Matsukura, J. Cibert, D. Fer- rand „Zener Model Description of Ferromagnetism in Zinc-Blende Magnetic Semiconductors” Science 287,1019 (2000).
• [35] T. Story, R. R. Gałązka, R. B. Frankel, P. A. Wolff „Carrier-concentration-induced ferromagnetism in PbSnMnTe” Phys. Rev. Lett. 56, 777 (1986).