Electronic structure of the dilute magnetic semiconductor G a 1- x M n x P from hard x-ray photoelectron spectroscopy and angle-resolved photoemission

Abstract

Byla zkoumána elektronická struktura zředěného magnetického polovodiče (DMS) Ga 0,98 Mn 0,02 P a ve srovnání s referenčním vzorkem neopjatého GaP, za použití rentgenové fotoelektronové spektroskopie (HXPS) a pevná rentgenová rentgenová spektroskopie (HARPES) při energiích přibližně 3 keV. Prezentujeme experimentální data, stejně jako teoretické výpočty, aby pochopili roli Mn dopantu při vzniku ferromagnetismu v tomto materiálu. Spektra na úrovni jádra a valenční spektra s úhlem rozděleným nebo úhlem jsou diskutovány. Konkrétně jsou experimentální data HARPESu porovnávána s volně elektronovým modelem konečného stavu výpočty a přesnější jednostupňovou teorii fotoemisí. Experimentální výsledky ukazují rozdíly mezi Ga 0,98 Mn 0,02 P a GaP v obou úhlech a v úhlu integrovaných valenčních spekter. Ga 0,98 Mn 0,02 P pásy jsou rozšířeny kvůli přítomnosti Mn nečistot, které narušují dlouhý rozsah translačního pořadí hostitelský GaP křišťál. Změny elektronové struktury vyvolané Mn jsou pozorovány v celém pásmu valence rozsah, včetně přítomnosti odlišného pásma nečistot blízkého maximálnímu pásmu valence DMS. Tyto experimentální výsledky jsou v dobré shodě s jednokrokovým výpočtem emisí a předcházejícím HARPESem studie Ga 0,97 Mn 0,03 As a GaAs [Gray a kol., Nat. Mater. 11, 957 (2012)], což demonstruje silnou podobnost mezi těmito dvěma materiály. Spektra na úrovni jádra Mn 2p a 3s také odhalují v podstatě stejný stav doping jak GaAs, tak GaP.