基于第一性原理計(jì)算的半金屬磁性材料電子結(jié)構(gòu)和自旋結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、在過(guò)去的幾十年里，半金屬鐵磁體由于其在自旋電子學(xué)方面的應(yīng)用因而得到了廣泛的關(guān)注。半金屬鐵磁體的兩個(gè)自旋軌道，一個(gè)具有金屬性，另一個(gè)在費(fèi)米面附近存在能隙。由于電子的交換關(guān)聯(lián)作用形成了電子有序的自旋排列，從而對(duì)化合物穩(wěn)定的磁矩做出貢獻(xiàn)。 傳統(tǒng)的電子元件，如二極管和三極管，它們的信息載體都是電子電荷，電子的自旋沒(méi)有被利用。近些年來(lái)，半導(dǎo)體自旋電子學(xué)的研究表明，稀磁半導(dǎo)體能夠同時(shí)利用電子的電荷和自旋來(lái)進(jìn)行信息的處理和存儲(chǔ)。但目前的關(guān)鍵問(wèn)

2、題是自旋極化電子注入到半導(dǎo)體材料中的效率很低，這就需要尋找高自旋極化度的磁性材料。半金屬(half-metallic)鐵磁體有著較高的居里溫度和接近100％的高自旋極化率，因此，它無(wú)疑將會(huì)成為理想的半導(dǎo)體自旋電子注入源。 本文從有機(jī)半金屬材料計(jì)算和無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料摻雜計(jì)算入手，從兩個(gè)方面探尋半金屬材料的微觀規(guī)律，借助計(jì)算機(jī)模擬預(yù)測(cè)新的半金屬鐵磁體。利用基于密度泛函理論(DFT)的全勢(shì)線形綴加平面波(FP-LAPW)方法系統(tǒng)地對(duì)有機(jī)

3、半金屬材料[(CH<,3>)<,4>N]<,2>MGe<,4>S<,10>(M代表Fe，Cd)的電子結(jié)構(gòu)和磁性進(jìn)行研究，[(CH3)<,4>N]<,2>MGe<,4>S<,10>屬于四方晶系，空間群14(82號(hào))，計(jì)算表明，[(CH3)<,4>N]<,2>MGe<,4>S<,10>均具有半金屬鐵磁性。相對(duì)無(wú)機(jī)的半金屬鐵磁體來(lái)說(shuō)，有機(jī)的半金屬鐵磁體更易合成、加工，并且實(shí)驗(yàn)上還沒(méi)有開(kāi)展相應(yīng)的工作，所以，不管是理論計(jì)算還是實(shí)驗(yàn)合成，有機(jī)半金屬

4、鐵磁體以后很可能會(huì)受到越來(lái)越多的關(guān)注。 稀磁半導(dǎo)體(DMS)也稱(chēng)半磁半導(dǎo)體，是指由磁性過(guò)渡族金屬原子或稀土金屬離子部分替代非磁性陽(yáng)離子后形成的一類(lèi)磁性半導(dǎo)體材料。根據(jù)摻雜不同的過(guò)渡金屬及摻雜比例的不同，DMS表現(xiàn)出不同的磁性，比如，順磁性、反鐵磁性、鐵磁性等。本文介紹了稀磁半導(dǎo)體GaAs在(110)面摻雜過(guò)渡金屬元素Mn的三種情況的電子結(jié)構(gòu)和磁性，GaAs(Mn)-a，GaAs(Mn)-β，OaAs(Mn)-γ均具有半金屬性。磁