Co2VZ(Z=Ga,Al)薄膜半金屬性及三維HgTe拓?fù)浣^緣相研究.pdf

1、在考慮電子電荷的基礎(chǔ)上,同時利用電子的自旋屬性發(fā)展起來的自旋電子學(xué),近年來引起了物理和材料科學(xué)領(lǐng)域眾多科學(xué)家的廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件相比,自旋電子器件具有耗能低、速度快、體積小和非易失性等優(yōu)點,具有不可估量的潛在應(yīng)用價值。重要地,具有奇異特性的半金屬磁體和拓?fù)浣^緣體的出現(xiàn),使自旋電子器件在信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)中的實際應(yīng)用成為可能。因此,進(jìn)一步探索半金屬和拓?fù)浣^緣材料的物理特性并運用到自旋電子器件中去,是當(dāng)前凝聚態(tài)物理和材料物理研究的一個熱點

2、。
　　本文利用基于密度泛涵理論的材料模擬軟件WIEN2K和CASTEP,研究了半金屬全霍伊斯勒合金Co2VZ(Z=Ga,Al)表面和界面的結(jié)構(gòu)電磁特性以及三維HgTe在晶格扭曲作用下產(chǎn)生的拓?fù)浣^緣相。具體地,本文的研究內(nèi)容和結(jié)果主要有以下幾個方面:
　　(1)研究了全霍伊斯勒合金Co2VGa(111)方向所有可能的四個表面的結(jié)構(gòu)和電磁特性。結(jié)構(gòu)優(yōu)化和計算的表面能都顯示,以Ga原子為端面的表面是四個表面結(jié)構(gòu)中最穩(wěn)定的一個。我

3、們發(fā)現(xiàn)以Ga和V原子為端面的兩個表面保持了Co2VGa塊材結(jié)構(gòu)中的半金屬特性,而以Co原子為端面的表面失去了半金屬性。
　　(2)研究了全霍伊斯勒合金Co2VGa(001)表面摻雜誘發(fā)的半金屬特性。我們發(fā)現(xiàn)以Co和VGa原子為端面的兩個表面失去了塊材中的半金屬性,但在以VGa原子為端面的(001)表面中,通過用V原子代替表面層的Ga原子構(gòu)造的純V原子為端面的(001)表面,由于表面層原子的重新雜化半金屬性又恢復(fù)了。
　　(3

4、)構(gòu)造了全霍伊斯勒合金Co2VGa和半導(dǎo)體PbS在(111)方向上的異質(zhì)結(jié)并探究了界面效應(yīng)對其電子結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)構(gòu)優(yōu)化和界面結(jié)合能的計算都顯示V-S界面是最有應(yīng)用價值的一個結(jié)構(gòu)。我們預(yù)言V-S和V-Pb兩種界面結(jié)構(gòu)分別表現(xiàn)出半金屬和近半金屬特性,而另外兩個界面Ga-S和Ga-Pb都出現(xiàn)了一些界面態(tài)。
　　(4)研究了全霍伊斯勒合金Co2VAl塊材和(111)表面的結(jié)構(gòu)及電磁性質(zhì),證實了L21型的全霍伊斯勒合金Co2VAl具有半金屬

5、鐵磁基態(tài)。我們預(yù)言以V和Al原子為端面的兩個表面結(jié)構(gòu)保持了塊材系統(tǒng)的半金屬特性,而以Co原子為端面的兩個表面失去了半金屬特性。結(jié)構(gòu)優(yōu)化顯示:由于較小的原子弛豫,具有半金屬特性的兩個表面具有較高的穩(wěn)定性。
　　(5)探究了三維HgTe在晶格扭曲作用下產(chǎn)生的拓?fù)浣^緣相。結(jié)果表明:無論原胞體積變化與否,由于晶格扭曲HgTe都會產(chǎn)生一個拓?fù)浣^緣相,這和最近的理論研究和實驗結(jié)果十分一致。重要的是,在適當(dāng)?shù)木Ц衽で饔孟?產(chǎn)生的拓?fù)浣^緣帶隙超