Fe dopant in ZnO: 2+versus 3+valency and ion-carrier s,p-d exchange interaction
PBN-AR
Instytucja
Wydział Fizyki (Uniwersytet Warszawski)
Źródłowe zdarzenia ewaluacyjne
Informacje podstawowe
Główny język publikacji
en
Czasopismo
PHYSICAL REVIEW B
ISSN
2469-9950
EISSN
Wydawca
DOI
URL
Rok publikacji
2016
Numer zeszytu
22
Strony od-do
224414/1-16
Numer tomu
94
Link do pełnego tekstu
Identyfikator DOI
Liczba arkuszy
Streszczenia
Język
en
Treść
Dopants of transition metal ions in II-VI semiconductors exhibit native 2+ valency. Despite this, 3+ or mixed 3 +/2+ valency of iron ions in ZnO was reported previously. Several contradictory mechanisms have been put forward for explanation of this fact so far. Here we analyze Fe valency in ZnO by complementary theoretical and experimental studies. Our calculations within the generalized gradient approximation (GGA+ U) indicate that the Fe ion is a relatively shallow donor. Its stable charge state is Fe2+ in ideal ZnO, however, the high energy of the (+/0) transition level enhances the compensation of Fe2+ to Fe3+ by nonintentional acceptors in real samples. Using several experimental methods like electron paramagnetic resonance, magnetometry, conductivity, excitonic magnetic circular dichroism, and magnetophotoluminescence we confirm the 3+ valency of the iron ions in polycrystalline (Zn, Fe) O films with the Fe content attaining 0.2\%. We find a predicted increase of n-type conductivity upon the Fe doping with the Fe donor ionization energy of 0.25 +/- 0.02 eV consistent with the results of theoretical considerations. Moreover, our magneto-optical measurements confirm the calculated nonvanishing s,p-d exchange interaction between band carriers and localized magnetic moments of the Fe3+ ions in the ZnO, being so far an unsettled issue.
Cechy publikacji
discipline:Fizyka
discipline:Physics
Original article
Original article presents the results of original research or experiment.
Oryginalny artykuł naukowy
Oryginalny artykuł naukowy przedstawia rezultaty oryginalnych badań naukowych lub eksperymentu.
Inne
System-identifier
PBN-R:783259
CrossrefMetadata from Crossref logo
Cytowania
Liczba prac cytujących tę pracę
Brak danych
Referencje
Liczba prac cytowanych przez tę pracę
Brak danych