幾個二元-三元化合物的表面半金屬性研究.pdf

1、在1983年,deGroot等人發(fā)現(xiàn)了一類具有Clb結構的新材料,霍伊斯勒合金NiMnSb和PtMnSb,它們的能帶結構在一個自旋方向具有金屬性,而在另一個自旋方向具有半導體性或絕緣性。這種特殊的性質被稱為半金屬鐵磁性。因為半金屬材料在費米面具有完全(100％)的自旋極化率,因而在自旋電子學中有著重要的應用。本文主要利用基于密度泛函理論的全勢線性綴加平面波方法,研究了幾個二元和三元半金屬化合物的結構、電子和磁學性質,涉及到塊材、表面和界

2、面體系。得到的五個主要結果如下:
　　首先,研究了巖鹽結構VPo的塊材和(111)表面的性質。我們發(fā)現(xiàn),塊材VPo在平衡晶格常數(shù)5.9?時具有半金屬鐵磁性,磁矩為3.00μB每個分子。因為表面原子鍵長和磁矩的不同,V原子終結的(111)表面維持了半金屬性,而Po原子終結的(111)表面失去了半金屬性。表面Po(V)原子的磁矩與塊材中的相比都增加了。計算得到的總磁矩滿足二元閃鋅礦結構半金屬鐵磁體遵從的Slater-Paulig準則M

3、tot=(Ztot-8)μB。我們也討論了所研究表面的穩(wěn)定性。
　　第二,我們進一步研究了巖鹽結構VPo的(110)和(001)表面性質,發(fā)現(xiàn)這兩種表面都維持了塊材半金屬性的特征。表面原子的磁矩與塊材相比都增大了。表面穩(wěn)定性的研究表明,巖鹽結構VPo的(110)和(001)表面在平衡條件下都不穩(wěn)定,因此,巖鹽結構VPo薄膜需要非平衡生長技術來實現(xiàn)。
　　第三,我們研究了閃鋅礦結構TiTe的塊材和(001)表面性質,發(fā)現(xiàn)該塊材

4、在平衡晶格常數(shù)6.41?時具有半金屬鐵磁性,磁矩為2.00μB每個分子。該塊材半金屬性在Ti和Te原子為終結的(001)表面均得到了保持。與塊材相比,表面原子的磁矩增大了,而次表面原子的磁矩卻降低了。表面能的計算表明,Te原子為終結的表面比Ti原子為終結的表面更加穩(wěn)定。
　　第四,我們將閃鋅礦結構半金屬鐵磁體TiPo拓展到了其(001)表面和TiPo/CdTe(001)界面性質的研究。計算表明,Ti和Po原子終結的(001)表面均

5、保持了半金屬性。與塊材相比,表面Ti原子的磁矩增加了,而表面Po原子的磁矩卻降低了。Po原子終結的(001)表面比Ti原子終結的(001)表面更加穩(wěn)定。界面性質的研究表明,(1×1)的Ti-Te構型的界面是最穩(wěn)定的,并且具有半金屬性。(2×1)的Ti-Te構型界面也具有半金屬性。
　　第五,計算了霍伊斯勒合金Mn2CoSn的塊材和(001)表面的結構、電子和磁學性質。我們發(fā)現(xiàn)Mn2CoSn的平衡晶格常數(shù)為5.85?,Mn2CoSn

6、具有半金屬亞鐵磁性,磁矩為3μB每個分子。該半金屬性在Mn(2)Sn和Mn(1)Co終結的(001)表面均被破壞了。磁矩的計算表明,Mn(2)Sn終結的表面原子的磁矩與塊材中的相比有所增加,而Mn(1)Co終結的表面原子的磁矩變化很大。有趣的是,從塊材到表面體系,Mn(1)原子的磁矩由低自旋態(tài)轉變?yōu)榱烁咦孕龖B(tài),這使Mn2CoSn霍伊斯勒合金成為自旋電子學應用中的一個有希望的競爭材料。此外,霍伊斯勒合金Mn2CoSn的磁矩Mtot和價電子