四面體二元化合物半金屬鐵磁性研究.pdf

1、　　近年來,自旋電子學成為材料物理學研究的一個熱點領域。自旋電子學器材與傳統(tǒng)的半導體器材相比,它具有體積小、功耗低、速度快、非易失性等優(yōu)點,有著非常大的潛在應用價值。半金屬(half-metallic)鐵磁體有著 100%的自旋極化率和較高的居里溫度,是一種很好的半導體自旋電子注入源。目前,半金屬鐵磁體成為制備自旋電子學器材的重要材料。隨著密度泛函理論的逐步完善和計算機速度的加快,材料模擬軟件成為預言新材料的有力工具。本論文的目的就是利

2、用基于密度泛函理論的第一性原理,采用從頭計算來研究幾種假定的化合物,為預測材料的性質或者為合成新材料提供理論指導。
　　首先,我們對半金屬相關的基本知識,研究背景和意義,主要內容,基本研究理論以及計算模擬軟件作了簡要介紹。
　　其次,我們運用全勢線性綴加平面波方法,廣義梯度近似(GGA)加mBJ 勢作為交換關聯(lián)勢,采用從頭計算,研究了假定的化合物MGe(M=Ca,Sr,Ba)閃鋅礦和纖鋅礦結構的半金屬性,電子結構和形

3、成熱。在計算中,我們選用基于全勢線性綴加平面波方法的WIEN2k 程序,該程序是計算化合物電子結構最精確的方法之一。計算表明,四面體配位化合物MGe ( M=Ca,Sr,Ba )具有半金屬性,閃鋅礦( ZB )結構MGe (M=Ca,Sr,Ba)的磁矩為2.00μB, 纖鋅礦(WZ)結構MGe(M=Ca,Sr,Ba)的磁矩為4.00μB,磁矩主要來自于Ge的p電子,p-d雜化是其具有半金屬性的重要原因。我們還發(fā)現,對于閃鋅礦(ZB)結構

4、的化合物CaGe,SrGe和BaGe,它們的晶格常數分別被壓縮6.6%,7.0%和6.0%時,它們仍然保持很好的半金屬性。對于纖鋅礦(WZ)結構的化合物CaGe, SrGe和BaGe,它們的晶格常數分別被壓縮4.0%,7.0%,7.0%時,它們半金屬性仍然保持很好。通過計算MGe (M=Ca,Sr,Ba)的無磁,鐵磁,反鐵磁狀態(tài)下的能量,MGe(M=Ca,Sr,Ba)的鐵磁基態(tài)最穩(wěn)定。較大的半金屬隙,負內聚能和形成熱表明四面體化合物MG