3d過渡金屬磷系化合物半金屬鐵磁性的第一性原理研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展，自旋電子學(xué)材料由于其具有電荷和自旋這兩個自由度同時在固體中被利用進(jìn)行信息的存儲和處理，而受到越來越多的關(guān)注。如今的計(jì)算機(jī)芯片已經(jīng)達(dá)到亞微米尺度，為了提高信息存儲和處理能力，器件尺寸將會小到數(shù)十納米、甚至幾個納米，這就要求相關(guān)材料在納米尺度上仍然具有高自旋極化率以及優(yōu)良結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和性能穩(wěn)定性。在自旋電子學(xué)材料中目前研究最多的是稀磁半導(dǎo)體材料，它的自旋極化率雖然可高達(dá)100％，但當(dāng)其尺度降到納米量級后稀磁半導(dǎo)體內(nèi)磁性原子太

2、少而導(dǎo)致性能下降，甚至消失，因此它并不是制備納米尺度的理想電子器件。這對相關(guān)材料提出了很高要求，要求它們在器件尺寸降到納米尺度時，仍能保持自旋取向的高度一致和優(yōu)良的結(jié)構(gòu)及性能穩(wěn)定性。在這方面，過渡金屬磷化物閃鋅礦相有較寬的非金屬能帶帶隙，并且同時具有足夠高的居里溫度和接近100％的自旋極化率，絕大多數(shù)為半金屬鐵磁體，且與半導(dǎo)體相容。由于它們的性能明顯優(yōu)于稀磁半導(dǎo)體，因此被認(rèn)為是未來納米尺度自旋電子學(xué)器件的理想組件。
　　本文在基于

3、密度泛函理論(DFT)的廣義梯度近似(GGA)下，采用第一性原理平面波贗勢(PWP)方法，對閃鋅礦結(jié)構(gòu)的3d過渡金屬磷系化合物XY(X=V、Cr、Mn，Y=P、As、Sb)的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算，通過分析它們的能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度、磁矩等。得到的主要結(jié)論如下：
　　1．閃鋅礦結(jié)構(gòu)的3d過渡金屬磷系化合物XY(X=V、Cr、Mn，Y=P、As、Sb)中除MnP、MnAs外其余均為半金屬鐵磁體。半金屬鐵磁性來源于過渡金屬（V、Cr）的3d中

4、的t2g分別和磷系（P、As、Sb）np雜化并且雜化的態(tài)進(jìn)行了劈裂，形成成鍵和反成鍵態(tài)。
　　2．分態(tài)密度分析表明，對過渡金屬磷化物s態(tài)在費(fèi)米能級處對總態(tài)密度的貢獻(xiàn)幾乎為零；p態(tài)有少量的貢獻(xiàn)，在費(fèi)米能級處主要的貢獻(xiàn)是d態(tài)提供，它主要來自過渡金屬原子V、Cr、Mn。
　　3．VP、VAs、VSb總的磁矩為2.00μB，V的磁構(gòu)型為3d2；CrP、CrAs、CrSb總的磁矩為3.00μB，Cr的磁構(gòu)型為3d3。該結(jié)果說明Cr的磷