title: About the unusual optical and magneto-optical properties of Mn-doped zinc oxide
title: Über die ungewöhnlichen optischen und magneto-optischen Eigenschaften von Mangan-dotiertem Zinkoxid
Creators: name: Jankowski, Stephanie
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2014
Subjects: Zinkoxid
Magnetismus
magneto-optic
Physik
Semimagnetischer Halbleiter
Festkörper
Dotierung
Optik
diluted magnetic semiconductors
II-VI-Halbleiter
Austa
Austauschwechselwirkung
Mangan
Halbleiter

description: In recent years, the field of
      spintronics has been increasing efforts through research on
      diluted magnetic semiconductors ( DMS). Spintronics uses the
      charge of electrons, as in usual semiconductors but also the
      magnetic moment of the electrons, the so called spin. These
      materials could be used to develop new methods of sensors and
      new kind of memories. Thus, it is essential to obtain a
      deeper knowledge of the electronic and magnetic nature of
      these materials. ZnMnO is a promising candidate for
      spintronic applications because of the theoretical
      predictions of ferromagnetism by room temperature of Dietl et
      al [1]. Unfortunately it exists neither unanimity about the
      realizability of ferromagnetism in this material nor exact
      knowledge about the fundamental electronic and magnetic
      properties. It becomes apparent that ZnMnO does not follow
      the chemical trend of the II-Mn-VI-DMS. Within this work
      ZnMnO crystals have been investigated using optical and
      magneto-optical methods in order to understand the
      opto-electronic and opto-magnetic properties. With the gain
      of this understanding the unusual behavior of this material
      system can be explained. Therefor a variety of experimental
      methods have been used, i.e. temperature and polarization
      dependent photoluminescence measurements within external
      magnetic fields, absorption measurements, and Raman
      spectroscopy. The results from these investigations allow a
      quantitative determination of the excitonic properties and
      give a consistent view on the internal manganese system.
      Although the manganese ions occupy Zn sites the d-shell
      electrons of the manganese do not hybridize with the
      electrons of the host crystal. The lack of this hybridization
      is the reason that the magnetic exchange interaction is much
      smaller as expected. Unfortunately this leads to the
      conclusion that this material system is not feasible for
      spintronics. [1] T. Dietl et al. Science 287, 1019 (2000),
      PRB 63, 195205 (2001)
description: In den letzten Jahren wurde
      vermehrt versucht durch die Forschung an verdünnten
      magnetischen Halbleitern (DMS) das Gebiet der Spintronik zu
      erschließen. In der Spintronik soll nicht nur die Ladung des
      Elektrons, wie in der herkömmlichen Halbleiterelektronik,
      genutzt werden, sondern zusätzlich noch das magnetische
      Moment des Elektrons, der sogenannte Spin. Diese Materialien
      könnten dafür genutzt werden, neuartige Sensor- und
      Speichermethoden zu entwickeln. Dazu ist es essentiell eine
      genauere Kenntnis der elektronischen und magnetischen
      Eigenschaften dieser Materialien zu erlangen. Das in der
      vorliegenden Arbeit untersuchte Material ZnMnO ist ein
      vielversprechender Anwärter für den Bereich der Spintronik,
      da diesem in den theoretischen Arbeiten von Dietl et al. [1]
      Ferromagnetismus bei Raumtemperatur vorausgesagt wurde.
      Leider gibt es bis heute aber weder Einstimmigkeit darüber,
      ob Ferromagnetismus in diesem Material möglich ist, noch
      genauere Kenntnis über die zu Grunde liegenden elektronischen
      und magnetischen Eigenschaften. Denn wie sich herausstellt,
      verhält sich dieses Material im Vergleich zu den übrigen
      Vertretern der II-VI-DMS Familie anders als es der chemische
      Trend erwarten lässt. Es wurden ZnMnO-Kristalle im Rahmen der
      Promotion optisch und magnetooptisch untersucht, um so
      fundamentale Erkenntnisse über ihre optoelektronischen und
      optomagnetische Eigenschaften zu erhalten und damit eine
      Erklärung für das außergewöhnlich Verhalten des
      Materialsystems zu finden. Hierzu stand ein breiter Zugriff
      auf diverse experimentelle Methoden zur Verfügung, bei dem
      neben temperatur- und polarisationsabhängigen
      Photolumineszenzmessungen in externen Magnetfeldern auch
      Absorptionsmessungen sowie Ramanspektroskopische
      Untersuchungen eingesetzt wurden. Die daraus gewonnen
      Ergebnisse lieferten einen Zugang zu den Materialparameter
      der Exzitonen, aber auch ein eindeutiges Bild über das
      interne Mangansystem. Aufgrund dieser Erkenntnisse wurde
      deutlich, dass obwohl das Mangan im ZnO-Kristall auf den
      entsprechenden Zn-Gitterplätzen eingebaut ist, die
      d-Elektronen des Mangans jedoch nicht wie erwartet mit den
      Elektronen des Wirtskristalls hybridisieren und es aufgrund
      dessen nicht zu den magnetischen erwarteten großen
      Austauschwechselwirkungen kommt. Leider bedeutet dies auch,
      dass damit keine Spintronik mit diesem Material möglich sein
      wird. [1] T. Dietl et al. Science 287, 1019 (2000), PRB 63,
      195205 (2001)