Релаксация спина марганца в ферромагнитном (Ga,Mn)As

Abstract

В работе предложена теория спиновой релаксации 3d⁵-электронов марганца в (Ga,Mn)As, включая ферромагнитную и парамагнитную фазы. В арсениде галлия, легированном марганцем, дырки проявляют себя двояко: как переносчики магнитного взаимодействия между центрами марганцев и как канал для их спиновой релаксации. Сильное спин-орбитальное взаимодействие дырок приводит к коротким временам их спиновой релаксации, а обменное взаимодействие дырок с 3d⁵-электронами марганца вызывает его быструю спиновую релаксацию. Данный механизм спиновой релаксации марганца доминирует в ферромагнитной фазе, а в парамагнитной фазе основной механизм спиновой релаксации Mn обусловлен флуктуациями спина дырок.

Запропоновано теорію спінової релаксації 3d⁵-електронів марганцю в (Ga,Mn)As, включаючи феромагнітну та парамагнітну фази. У арсеніді галію, який леговано марганцем, дірки проявляють себе двояко: як переносники магнітної взаємодії між центрами марганців і як канал для їх спінової релаксації. Сильна спін-орбітальна взаємодія дірок призводить до коротких часів їх спінової релаксації, а обмінна взаємодія дірок з 3d⁵-електронами марганцю викликає його швидку спінову релаксацію. Цей механізм спінової релаксації марганцю домінує у феромагнітній фазі, а в парамагнітній фазі основний механізм спінової релаксації Mn обумовлено флуктуаціями спіна дірок.

A theory of spin relaxation of 3d⁵-electrons of manganese in (Ga,Mn)As, including ferromagnetic and paramagnetic phases, is presented. In manganese doped gallium arsenide, holes act in two ways: as carriers of magnetic interactions between manganese centers and as a channel for their spin relaxation. The strong spin-orbital interactions of the holes lead to short spin relaxation times and exchange interactions of the holes with the 3d⁵-electrons of manganese cause its rapid spin relaxation. This mechanism for spin relaxation of manganese predominates in the ferromagnetic phase, while the main mechanism for spin relaxation of Mn in the paramagnetic phase is through fluctuations in the hole spins.