Simulação de propriedades magnéticas de filmes de ZnO:Mn e ZnO:Co.

Abstract

Neste trabalho investigamos as propriedades magnéticas de filmes de semicondutores magnéticos diluídos dos sistemas ZnO:Mn e ZnO:Co através de simulação Monte Carlo. Nas simulações consideramos a interação de superexchange e a interação RKKY (mediada por elétrons ou buracos eletrônicos). Utilizamos concentrações dos íons Mn2+ e Co2+ iguais a 3%, 5%, 10% e 20% e concentrações de elétrons e buracos eletrônicos iguais a 1 × 1016cm−3, 1 × 1017cm−3, 1 × 1018cm−3, 1 × 1019cm−3 e 1 × 1020cm−3. O cálculo da estrutura eletrônica, das interações RKKY e finalmente a simulação das propriedades magnéticas foram realizados de acordo com o modelo [Boselli et al., Phys. Rev. B 62, 8895 (2000); Phys. Rev. B 68, 85319 (2003)], que se trata da aproximação para uma banda de buracos pesados para o cálculo da estrutura eletrônica spin-polarizada através de um modelo de interação RKKY confinado com polarização de portadores. Para os sistemas ZnO:Mn e ZnO:Co com condução do tipo p observamos um aumento da temperatura de Curie à medida que aumentamos a concentração de dopante e a concentração de buracos eletrônicos. As amostras com concentrações de portadores iguais a 1×1016cm−3 e 1×1017cm−3 apresentaram comportamento paramagnético. Para concentração de portadores igual a 1×1018cm−3 os filmes apresentaram comportamento paramagnético para concentrações de dopante iguais a 3%, 5% e 10% e comportamento parcialmente ferromagnético para concentração de dopante igual a 20%. Os filmes com concentração de buracos igual a 1 × 1019cm−3 apresentaram comportamento parcialmente ferromagnético para concentração de dopante igual a 3% e comportamento ferromagnético para concentrações de dopante iguais a 5%, 10% e 20%. Todas as amostras com concentração de buracos igual a 1×1020cm−3 apresentaram comportamento parcialmente ferromagnético. As temperaturas de Curie obtidas variam de 56K a 430K para o sistema ZnO:Mn e de » 13K a 193K para o sistema ZnO:Co. Os filmes com condução do tipo n para os dois sistemas apresentaram comportamento paramagnético em todos os intervalos de concentração de dopante e portadores de carga estudados.