Tight-Binding-Theorie für optische und magnetische ... - E-LIB

1.2 Verdünnt magnetische Halbleiter
beispielsweise versucht, diese Frage zu beantworten und ein separiertes Störstellenband
konnte ausgeschlossen werden [107] . Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass der
verdünnt magnetische Halbleiter Ga 1−x Mn x As experimentell als recht gut verstanden
angesehen werden kann und die Herausforderung besteht nun von theoretischer Seite
darin, geeignete theoretische Modelle zu entwickeln, welche die relevanten physikalischen
Mechanismen beschreiben. Auf der einen Seite kamen Modellstudien (mikroskopische
Tight-Binding- & Kohn-Luttinger k · p-Modelle) mit realistischen Bandstrukturen zum
Einsatz [35,66] und materialspezifische ab-initio-Theorie [133] auf der anderen Seite. Die
essentiellen Eigenschaften von verdünnt magnetischen Halbleitern konnten aber bereits
in vereinfachten Modellstudien innerhalb eines Einbandmodells [18,20] beschrieben werden,
wobei über Störungsrechnung erster Art (Molekularfeldnäherung) hinausgegangen
wurde und Unordnungseffekte nicht in virtual crystal approximation behandelt wurden.
Daher soll im Rahmen dieser Dissertation eine Erweiterung der vorhandenen Modell-
Ansätze um eine realistische Bandstruktur zu einer verbesserten Beschreibung der elektronischen
und magnetischen Eigenschaften von verdünnt magnetischen Halbleitern
stattfinden, hier speziell Ga 1−x Mn x As, um die theoretische Lücke zwischen Modell und
ab-initio-Behandlung weiter zu verringern.
Die Betreuung einiger Teilaspekte dieses Aufgabenkomplexes der Dissertation erfolgte
durch Dr. habil. G. Bouzerar, welche in einer gemeinsamen Publikation [6] veröffentlicht
wurden. Alle anderen Aspekte wurden von Prof. Dr. G. Czycholl und Dr. P.
Gartner betreut.
1.2.2 Ga 1−x Mn x N in Wurtzitstruktur
Der erste Teil dieser Einleitung ist am Übersichtsartikel von A. Bonanni [13] orientiert,
da der Stand der Forschung für Ga 1−x Mn x N widersprüchlich ist.
Für den verdünnt magnetischen Halbleiter Ga 1−x Mn x N wird in der Literatur über
viele unterschiedliche magnetische Eigenschaften berichtet und das generelle Forschungsinteresse
an Nitrid-basierten Halbleitern, die mit Übergangsmetallen (Sc, Ti, V, Cr, Mn,
Fe, Co, Ni und Cu) oder seltenen Erden (Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Er) dotiert sind, ist sehr
hoch [13] . Dies liegt einerseits daran, dass die konventionellen III-V-Nitride (InN, GaN,
AlN) und deren Legierungen neben Si bereits technologisch relevante und etablierte
Halbleiter im Bereich der Elektronik und Photonik sind. Andererseits wurde aufgrund
der theoretischen Vorhersage des Auftretens von Raumtemperatur Ferromagnetismus
für GaN- basierte verdünnt magnetische Halbleiter durch Dietl et al. [35] das weitere
Forschungsinteresse stimuliert. Die mögliche Kombination von magnetischen Eigenschaften
und Kontrolle des Spin-Freiheitsgrades mit bereits existierenden Anwendungen
auf einem Chip auf Basis der III-V Halbleiter lässt auf gänzlich neue Anwendungsfelder
hoffen und ist ebenso interessant für die Grundlagenforschung, um das physikalische
Verständnis von Spin-basierten Effekten zu erlangen bzw. um dieses zu erweitern. Auf
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