摻雜金紅石相TiO-,2-的第一性原理計(jì)算.pdf

1、傳統(tǒng)電子元件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（DMS）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)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。TiO2基稀磁半導(dǎo)體以其優(yōu)異的穩(wěn)定性和

2、磁學(xué)性質(zhì)已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。 本文的目的是借助計(jì)算機(jī)模擬了解過(guò)渡金屬雜質(zhì)原子的摻雜位置對(duì)金紅石相TiO2結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及其電子結(jié)構(gòu)的影響。我們的工作是利用基于密度泛函理論（DFT）的平面波贗勢(shì)方法研究雜質(zhì)原子的位置對(duì)V、Cr摻雜的金紅石相TiO2穩(wěn)定性和電子結(jié)構(gòu)的影響，并且討論了Mn.Fe和Co delta摻雜TiO2的電子結(jié)構(gòu)和磁學(xué)性質(zhì)。 對(duì)于Ti6M2O16（M=V、Cr），我們的計(jì)算發(fā)現(xiàn)自旋向上的電子能帶是金屬性的，而

3、向下自旋的電子能帶在費(fèi)米面附近有一個(gè)明顯的帶隙，并且它的總磁矩等于或接近于整數(shù)的，有室溫鐵磁性；雜質(zhì)原子距離比較近的兩種構(gòu)型的體系總能量最低，并且比較接近，這主要是由于John-Teller效應(yīng)和p-d雜化的作用。Mn delta摻雜TiO2的基態(tài)為反鐵磁性的，而Fe、Co delta摻雜時(shí)為鐵磁基態(tài)；Co delta摻雜TiO2不存在反鐵磁態(tài)，其順磁態(tài)能量跟鐵磁態(tài)能量差說(shuō)明其具有室溫鐵磁態(tài)。Fe delta摻雜TiO2具有室溫鐵磁性，