基于第一性原理計算的半金屬磁性材料電子結構和自旋結構研究.pdf

1、在過去的幾十年里，半金屬鐵磁體由于其在自旋電子學方面的應用因而得到了廣泛的關注。半金屬鐵磁體的兩個自旋軌道，一個具有金屬性，另一個在費米面附近存在能隙。由于電子的交換關聯(lián)作用形成了電子有序的自旋排列，從而對化合物穩(wěn)定的磁矩做出貢獻。 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，電子的自旋沒有被利用。近些年來，半導體自旋電子學的研究表明，稀磁半導體能夠同時利用電子的電荷和自旋來進行信息的處理和存儲。但目前的關鍵問

2、題是自旋極化電子注入到半導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，它無疑將會成為理想的半導體自旋電子注入源。 本文從有機半金屬材料計算和無機半導體材料摻雜計算入手，從兩個方面探尋半金屬材料的微觀規(guī)律，借助計算機模擬預測新的半金屬鐵磁體。利用基于密度泛函理論(DFT)的全勢線形綴加平面波(FP-LAPW)方法系統(tǒng)地對有機

3、半金屬材料[(CH<,3>)<,4>N]<,2>MGe<,4>S<,10>(M代表Fe，Cd)的電子結構和磁性進行研究，[(CH3)<,4>N]<,2>MGe<,4>S<,10>屬于四方晶系，空間群14(82號)，計算表明，[(CH3)<,4>N]<,2>MGe<,4>S<,10>均具有半金屬鐵磁性。相對無機的半金屬鐵磁體來說，有機的半金屬鐵磁體更易合成、加工，并且實驗上還沒有開展相應的工作，所以，不管是理論計算還是實驗合成，有機半金屬

4、鐵磁體以后很可能會受到越來越多的關注。 稀磁半導體(DMS)也稱半磁半導體，是指由磁性過渡族金屬原子或稀土金屬離子部分替代非磁性陽離子后形成的一類磁性半導體材料。根據(jù)摻雜不同的過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體GaAs在(110)面摻雜過渡金屬元素Mn的三種情況的電子結構和磁性，GaAs(Mn)-a，GaAs(Mn)-β，OaAs(Mn)-γ均具有半金屬性。磁