Моделирование методом теории функционала плотности зарядовых состояний Mn в разбавленных ферромагнитных полупроводниках состава Ga$_{1-x}$Mn$_x$As: кластерный подход

Проведена серия квантово-химических кластерных расчетов методом теории функционала плотности по моделированию высокосимметричных нанокластеров Ga$_{15}$MnAs$_{16}$H$_{36}$ и Ga$_{12}$MnAs$_{16}$H$_{36}$, имитирующих объемную часть кристалла арсенида галлия с примесным магнитным центром Mn. Градиентно-подправленным методом PBEPBE/LanL2DZ изучены нейтральное Mn$^0$ и ионизированное Mn$^-$ состояния атома Mn в исследуемых нанокластерах. Изменение зарядового состояния примесного центра с нейтрального на ионизированное приводит к заметной релаксации связей Mn–As в ближайшем окружении атома Mn и рекомбинации "$p$-дырки" вблизи валентной зоны, а также влияет на локализацию спиновой плотности. Методом градиентно-инвариантных атомных орбиталей (GIAO) с использованием гибридного функционала mPW1PW91 рассчитаны компоненты тензора $g$-фактора для нейтрального Mn$^0$ и ионизированного Mn$^-$ состояний. Полученные значения $g$-фактора находятся в хорошем согласии с известными экспериментальными данными по электронному парамагнитному резонансу. Тем самым показана успешность использования кластерного подхода для описания зарядовых эффектов в разбавленных ферромагнитных полупроводниках.