应变对(Ga,Mo)Sb磁学和光学性质影响的理论研究

近年来,作为一种自旋电子学领域的关键材料,具有高温本征铁磁性的稀磁半导体受到了广泛的关注.为探索能够提高本征铁磁性居里温度(Curie temperature,TC)的方法,本文运用第一性原理LDA+U方法研究了应变对Mo掺杂GaSb的电子结构、磁学及光学性质的影响.研究结果表明:–6％-2.5％应变范围下GaSb半导体材料具有稳定的力学性能,压应变下GaSb材料的可塑性、韧性增强,有利于GaSb半导体材料力学性能的提升;应变对Mo替代Ga缺陷(MoGa)的电子结构有重要的影响,–3％至–1.2％应变范围下MoGa处于低自旋态(low spin state,LSS),具有1μB的局域磁矩,–1.1％-2％应变范围下MoGa处于高自旋态(high spin state,HSS),具有3μB的磁矩;不管是LSS还是HSS,MoGa产生局域磁矩之间的耦合都是铁磁耦合,但铁磁耦合的强度和物理机制不同,适当的压应变可有效提高铁磁耦合强度,这有利于实现高TC的GaSb基磁性半导体;Mo可极大提高GaSb半导体材料的电极化能力,这有利于光生电子-空穴对的形成和分离,提高掺杂体系对长波光子的光电转化效率;Mo引入的杂质能级使电子的带间跃迁对所需要吸收光子的能量变小,掺杂体系光学吸收谱的吸收边发生了红移,拉应变可进一步提升(Ga,Mo)Sb体系在红外光区的光学性能.