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

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. We have investigated the electronic structure of the dilute magnetic semiconductor (DMS) Ga0.98Mn0.02P and compared it to that of an undoped GaP reference sample, using hard x-ray photoelectron spectroscopy (HXPS) and hard x-ray angle-resolved photoemission spectroscopy (HARPES) at energies of about 3 keV. We present experimentaldata,aswellastheoreticalcalculations,tounderstandtheroleoftheMndopantintheemergenceof ferromagnetism in this material. Both core-level spectra and angle-resolved or angle-integrated valence spectra are discussed. In particular, the HARPES experimental data are compared to free-electron final-state model calculations and to more accurate one-step photoemission theory. The experimental results show differences between Ga0.98Mn0.02P and GaP in both angle-resolved and angle-integrated valence spectra. The Ga0.98Mn0.02P bands are broadened due to the presence of Mn impurities that disturb the long-range translational order of the host GaP crystal. Mn-induced changes of the electronic structure are observed over the entire valence band range, including the presence of a distinct impurity band close to the valence-band maximum of the DMS. These experimental results are in good agreement with the one-step photoemission calculations and a prior HARPES study of Ga0.97Mn0.03As and GaAs [Gray et al., Nat. Mater. 11, 957 (2012)], demonstrating the strong similarity between these two materials. The Mn 2p and 3s core-level spectra also reveal an essentially identical state in doping both GaAs and GaP.