稀磁半導體

semicon DMS）是指非磁性半導體中的部分原子被過渡金屬元素（tran ）As和（Ga，Mn

稀磁半導體（Diluted magnetic semiconductors, DMS）是指非磁性半導體中的部分原子被過渡金屬元素（transition metals, TM）取代後形成的磁性半導體，因兼具有半導體和磁性的性質，即在一種材料中同時套用電子電荷和自鏇兩種自由度，因而引起科研工作者的廣泛關注，目前尚處於研究階段。存在的問題集中於稀磁半導體的磁性來源，倘若研究結果與人構想的相同，則必將給計算機領域帶來一場新的革命。
目前對稀磁半導體是否具有鐵磁性有了一定的共識， Phys. Rev. Lett.,(2008)100,047206從載流子的角度把DMS分為三個區，載流子濃度較大在金屬區時具有室溫鐵磁性，且磁性與載流子濃度有關，屬於載流子誘導模型；載流子濃度較小屬於絕緣區時也具有室溫鐵磁性，磁性與氧空位濃度有關，符合束縛磁極化子(BMP)模型；載流子濃度處於中間區時則無磁性。山西師範大學許小紅課題組製備了Mn/Sn共摻的In2O3，當把載流子濃度調製在金屬區和中間區時正好出現了磁性的有和無，即磁性的開關現象(APL96,052503-2010),進一步驗證此理論的正確性。
製備稀磁半導體的主要困難是磁性離子在Ⅲ-Ⅴ族半導體中的固溶度太低。而在半導體中磁性離子的濃度<10cm時，即起不了什麼作用；但若採用MBE的低溫非平衡生長工藝可克服此困難，從而相繼製備出了（In，Mn）As和（Ga，Mn）As等Ⅲ-Ⅴ族磁性半導體。
稀磁半導體材料的特點在於存在有磁極子的局域磁矩與載流子的相互作用，從而產生出許多新的性質和新的效應。它的磁輸運特性有如：①存在有奇異的Hall效應（即Hall係數與磁場的關係類似於一般的磁化曲線，這是由於載流子與磁性Mn原子之間的各向異性散射所致）；②存在有非金屬-金屬-非金屬轉變（Mn含量較低時呈現非金屬行為，Mn含量較高時呈現金屬行為，當Mn含量更高時又呈現非金屬行為）；③具有很大的負磁阻效應；④在磁/半導體層異質結中具有自鏇共振隧穿效應，即能引起大的隧穿磁電阻（TMR）——變化大、無方向性、為負值；⑤具有層間磁耦合作用，對於 &#91;磁半導體層/ 非磁半導體層 /磁半導體層&#93; 結構，觀察到了磁半導體層之間的鐵磁耦合和自鏇散射與自鏇隧穿所引起的磁阻效應。
對於稀磁半導體材料需進一步研究的課題有如：a）生長更多種類的材料；b）提高材料的居里溫度（GaMnN和ZnMnO具有高達室溫的居里溫度）；c）用稀磁半導體作為磁性金屬與半導體相連線的界面層，實現自鏇極化的載流子往非磁性半導體中的注入，來研究非磁性半導體中載流子的自鏇；d）把稀磁半導體與半導體異質結組合起來，可出現新型器件（例如，對（Ga，Mn）As/（Al，Ga）As/（Ga，Mn）As結構：改變溫度和電場等，可控制半導體層中的載流子濃度及磁半導體層間的耦合強度；稀磁半導體層的磁阻現象，可具有磁性存儲和記憶功能；還可實現半導體集成）；e）如何、可否把其他磁性離子Fe、Co等引入GaAs中的問題，尚需要進行研究。