全赫斯勒合金Cr_(2)FeAl的磁性和半金属性

基于赫斯勒合金近年来在自旋电子学领域表现出的优势性能,采用第一性原理计算方法对全赫斯勒合金Cr_(2)FeAl的电子结构、半金属性和磁性进行了理论计算。计算结果表明,Cr_(2)FeAl合金是一种具有Hg_(2)CuTi型稳定结构的全赫斯勒合金,平衡晶格常数为5.806;Cr_(2)FeAl合金表现出良好的半金属特性,具有100%的自旋极化率,半金属性会受到静水压力下的形变的影响;Cr_(2)FeAl合金具有良好的磁性,磁性主要来源于Fe-3d和Cr-3d轨道电子的非对称的自旋贡献。进一步研究表明,随着晶格常数的变化,Fe原子和Cr原子的磁矩发生明显变化,但是由于它们之间磁矩的反向耦合作用,合金总磁矩保持不变,说明静水压力下的形变对合金磁性几乎没有影响。

第一性原理研究half-Heusler合金CoVTe和FeVTe半金属性及磁性的稳定性

本文构建了half-Heusler合金CoVTe和FeVTe.运用基于第一性原理的全势能线性缀加平面波方法,计算half-Heusler合金CoVTe和FeVTe的电子结构.电子结构的自旋极化计算结果表明,合金CoVTe和FeVTe具有半金属性,它们的半金属隙分别为0.21 eV和0.20 eV.磁性计算结果显示,合金CoVTe和FeVTe的晶胞总磁矩分别为2.00μB和1.00μB;合金晶胞中过渡金属V具有较强的原子磁矩,Te的原子磁矩较弱,而且为负值.使合金晶格均匀形变△a/a 0在±7%的范围内变化,分别计算CoVTe和FeVTe的电子结构.计算结果表明,晶格均匀形变△a/a 0分别为-7%—+7%和-4.8%—+7%时,合金CoVTe和FeVTe仍然保持半金属性,并且晶胞总磁矩分别稳定于2.00μB和1.00μB.

晶格均匀体形变对闪锌矿结构CaC和SrC半金属性和磁性的影响

采用基于第一性原理的全势能线性缀加平面波方法计算闪锌矿结构CaC和SrC的电子结构.计算结果表明,锌矿结构CaC和SrC是自旋向上电子为非金属性的半金属,其半金属隙分别为0.83 eV和0.81 eV.磁性的计算分析表明,CaC和SrC的晶胞总磁矩都为2.00μ_(B),C的原子磁矩较强,Ca和Sr的原子磁矩较弱.使晶格均匀体形变△a/a_(0)限于±15%,在此范围内计算CaC和SrC的电子结构.计算研究表明,当闪锌矿结构CaC和SrC的晶格常数分别为0.490 nm—0.661 nm和0.539 nm—0.707 nm时,它们的半金属性不变,晶胞总磁矩仍然为2.00μ_(B).

Co基Heusler合金:磁性、半金属性,sp元素掺杂及在磁隧道结中的应用和发展

首先致力于介绍Co基Heusler合金的结构特征、磁性来源以及独特的半金属能带结构,以揭示这些合金独特的电磁性质和在磁隧道结中的应用潜力。在此基础上,进一步讨论了sp元素掺杂对调整Heusler合金电子结构和稳定其半金属性的重要意义。最后,通过分析Co基Heusler合金磁隧道结的电子输运原理,描述了Co基Heu-sler合金磁隧道结的研究现状和发展方向。

Half-Heusler合金NiMn_(1-x)Nb_xSb的磁性和半金属稳定性

基于密度泛函理论的第一性原理计算,我们系统地研究了half-Heusler合金NiMn_1-_xNb_xSb的电子结构、磁性和半金属稳定性.结果表明合金的晶格常数和磁性分别很好地符合Vegard定理和S1ater-Pauling规则;当掺杂浓度为25%时,合金的费米面恰好位于其自旋向下带隙的中部.从而呈现最稳定的半金属性.此外,当前的研究也显示Ni-Mn和Ni-Nb之间的d电子杂化依赖于RKKY间接交换机制,共同贡献于合金的总磁矩.

几种纤锌矿相半金属铁磁体磁学性能的第一原理研究(英文)

通过基于密度泛函理论的第一原理计算,优化了纤锌矿结构的化合物TmZn15S16(Tm=V,Cr,Mn)的几何结构,并研究了它们的磁学性能.结果表明:TmZn15S16均为典型的半金属铁磁体,它们的超胞磁矩分别为3.0099μB,3.9977μB和5.0092μB;这些磁矩主要来源于被掺入的过渡元素;CrZn15S16的半金属特性比VZn15S16和MnZn15S16更稳定;这些半金属铁磁体的半金属带隙均比较宽,表明它们可能具有较高的居里温度;TmZn15S16中杂质过渡离子的电子结构分别为V:eg2↑t12g↑,Cr:eg2↑t22g↑和Mn:eg2↑t32g↑.

LiMgPbSb型四元Heusler合金CoFeTiSb的半金属性及其无序效应

基于密度泛函理论的GGA计算,我们研究了LiMgPbSb型Heusler合金CoFeTiSb电子结构,发现CoFeTiSb在费米面处存在100%的自旋极化率,并且具有2μB的原胞总磁矩.此外,我们考虑了Co-Fe、Co-Ti和Fe-Ti交换无序对CoFeTiSb合金电子结构的影响,发现这三种交换无序均使得CoFeTiSb完全丧失了半金属性,在Co-Fe交换无序下,CoFeTiSb合金具有85%的自旋极化率,而在Co-Ti无序下,CoFeTiSb合金的自旋极化率只有5%.

第一性原理研究Hg_2CuTi型Heusler合金Ti_2FeB的磁性和半金属性

基于密度泛函理论的GGA计算,我们具体研究了Hg2CuTi型Heusler合金Ti2FeB的电子结构和磁性质,结果发现Ti2FeB合金在其费米面处存在100%的自旋极化,并在5.1～6.2晶格范围内被保留.Ti2FeB具有大约0.5eV的半金属带隙和1μB的原胞总磁矩,是一个稳定的半金属铁磁体.此外,我们的研究也表明RKKY型间接交换和d电子杂化在决定合金磁性质中起决定性作用.

Inverse-Heusler合金Ti_2Co_(1-x)Ni_xGa的磁性和半金属性

利用第一性原理计算了Inverse-Heusler合金Ti_2Co_(1-x)Ni_xGa的半金属性、磁性和电子性质.计算结果表明Ti_2Co_(1-x)Ni_xGa的原胞总磁矩和晶格常数随着x的增加而增加.由于过渡金属原子之间的直接杂化和sp电子的调节,原胞总磁矩和晶格常数随掺杂浓度x的改变而改变,并与Slater Pauling规则形成一定的差异.当Ni的掺杂浓度x=0.5时,Ti_2Co_(1-x)Ni_xGa合金的费米面在自旋向下带隙的中间位置,因而可以判定Ti2Co0.5Ni0.5Ga将具有最佳的半金属稳定性.

岩盐结构SrC(111)表面和(111)界面的d^0半金属性

利用第一性原理方法,本文研究了岩盐结构的SrC块材、(111)表面和(111)界面的电子结构和磁性.块材的SrC被证实是一个良好的d^0半金属铁磁体.计算结果显示(111)方向的C表面和Sr表面都保持了块材的半金属性.对于(111)方向四个可能的界面,态密度的计算显示C-Pb界面呈现半金属特性.本文对岩盐结构SrC块材、(111)表面和(111)界面半金属性的研究结果,将为高性能自旋电子器件的实际应用提供一定的理论指导.

CrSe/ZnSe超晶格的半金属性的第一性原理研究

二元闪锌矿结构半金属合金CrSe和半导体ZnSe晶格匹配好,可以形成CrSe/ZnSe的超晶格结构。主要运用第一性原理方法,计算研究了超晶格结构CrSe/ZnSe(001)的电子结构和磁性,研究结果发现CrSe/ZnSe超晶格具有很好的半金属性,其半金属隙比相应块材CrSe的半金属隙略小。

闪锌矿结构YB的半金属性的第一性原理研究

采用广义梯度近似加优化的贝克-琼森势作为交换关联势进行第一性原理计算,研究闪锌矿结构YB化合物的电子结构和半金属性。结果表明闪锌矿结构YB是一个典型的半金属铁磁体,其半金属隙为2.7meV,体系的总磁矩为每分子2.00μB。体系的总磁矩主要源于B原子的p轨道电子,B原子的p轨道电子和Y原子的d轨道电子杂化是形成半金属性质的主要原因。稳定的铁磁相、晶格常数压缩稳定性以及负的结合能,都预示着闪锌矿结构YB是具有潜在应用前景的半金属铁磁体。

Fe_2CrP电子结构及半金属性的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Fe2CrP合金的电子结构、半金属性和磁性。结果表明Fe2CrP合金是一种半金属铁磁体，其半金属隙为0．22eV。当晶格常数发生变化时，Fe2CrP合金依然能在0．535～0．580nm的范围内保持半金属性。计算得到Fe2CrP合金的分子总磁矩为3．00μa，与Slater-Pauling规则非常符合，Cr原子和Fe原子是分子总磁矩的主要贡献者。

Au-V(Cr)原子线的半金属铁磁性研究

基于第一性原理计算,理论预测到吸附在氮化硼纳米管上的Au-V(Cr)原子线呈现半金属性:费米面上的态密度在多数自旋方向上呈金属性而在少数自旋方向上呈半导体性。吸附在氮化硼纳米管上的Au-V(Cr)原子线的半金属性起源于孤立的Au-V(Cr)原子线。计算得到单原胞的总磁矩为玻尔磁子的整数倍,这也是半金属性的一个显著特征。

C掺杂碱土金属硫化物的半金属铁磁性和结构稳定性的第一原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理,在广义梯度近似下,计算了C掺杂碱土金属硫化物X4CS3的晶格常数、体积、总能量和磁矩,并且计算了X4CS3(X=Mg,Ca和Sr)的磁矩、体积、能带结构和态密度的半金属性随压强的变化情况.从目前的研究结果来看,X4CS3的总能量在自旋时的值比无自旋时的值要小,这说明铁磁态要比非铁磁态更加稳定.随着压强的增大,X4CS3的磁矩随之降低.Mg4CS3曲线变化比Ca4CS3和Sr4CS3要更加平稳,说明Mg4CS3铁磁态更加稳定.当压强大约在140 GPa时,Sr4CS3磁矩趋近于零,由铁磁态向非铁磁态转变,存在二级相变;而Mg4CS3和Ca4CS3的二级相变点还没有找到.根据能带和态密度图可知,压强的增加破坏了X4CS3的半金属性.

反Heusler合金Ti2Ru1-xFexSn半金属磁性的第一性原理研究

本文基于第一性原理,通过对反Heusler合金Ti 2 RuSn的Y位进行Fe元素掺杂,来探究其掺杂前后的相关特性及掺杂机理,以便寻求半金属性更稳定的Heusler合金材料,为后续相关理论研究及实验提供一定参考.在掺杂过程中随着Fe元素掺杂浓度的增加,反Heusler合金Ti 2 RuSn的半金属性并未受到破坏,其带隙反而随掺杂浓度逐渐变宽,从未掺前的0.451 eV展宽到了全掺杂的0.711 eV.为分析掺杂体系的稳定性,我们计算了它们相对于理想反Heusler合金Ti 2 RuSn块体的形成能,结果表明,对反Heusler合金Ti 2 RuSn的Y位进行Fe元素掺杂可以展宽其带隙,并且掺杂浓度越低,体系相对较容易形成.

四元Heusler合金Co_2V_(1-x)Cr_xAl的电子结构、磁性及半金属性研究

利用第一性原理计算方法,研究了L2_1型Heusler合金Co_2V_(1-x)Cr_xAl(x=0、0.25、0.5、0.75、1)的磁性、电子结构、半金属性及四方变形等。结果表明,随着Cr掺杂浓度的提高,合金总磁矩主要由Co的d电子贡献,总磁矩线性升高,符合Slater-Pauling规则,晶格常数线性减小,符合Vegard定律;此外,随着x的增加,费米面从临近导带底向靠近价带顶移动,能隙宽度增加,当x>0.25时,合金具有半金属性。Co_2V_(0.5)Cr_(0.5)Al合金由于费米面位于自旋向下带带隙中部,抗原子无序能力强,在整个合金系列中半金属稳定性最佳,且在四方变形研究中,当c/a在0.92~1.07范围内时,该合金仍能保持稳定的半金属性。

具有大半金属能隙的V掺杂LiZnP新型稀磁半导体的磁电性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,对新型稀磁半导体Li1±y(Zn1-xVx)P(x=0,0.0625;y=0,0.0625)体系进行几何结构优化,计算并分析了各体系的电子结构,形成能,半金属性,磁性及居里温度。结果表明,新型稀磁半导体LiZnP可通过掺入V和改变Li的化学计量数来实现自旋和电荷注入机制的分离。单掺V引入了自旋极化杂质带,表现出强的半金属性,sp-d杂化导致体系产生2.92 μB的净磁矩。体系的性质还受Li的化学计量数的影响,Li空位时,半金属性和磁性有所减弱,但居里温度最高;Li填隙时,杂化作用增强,形成能最低,导电能力最强,磁性最大。

Heusler合金Co_(2-x)Fe_xVAl的电子结构、磁性和半金属性研究

基于密度泛函理论(DFT),使用广义梯度近似(GGA)研究了Heusler合金Co_(2-x)Fe_xVAl在不同Fe掺杂比例x时的电子结构、磁性和半金属性。结果表明,随着Fe掺杂比例x的增加,合金的晶格常数和磁矩均线性降低,分别满足了Vigard和Slater-Pauling规律;当x=1时,CoFeVAl合金的总磁矩与Co_2VAl(x=0)相比降低了50%,虽然费米面处出现了少量的态密度,丧失了半金属性,但其自旋极化率高达90%,仍被认为是一种很好的自旋电子学材料;此外,自旋向下带带隙宽度随x的增加逐渐变小,费米面向导带底移动,这不仅与X位原子间相互作用有关,还可能与Y位原子的轨道位置相关。

四元赫斯勒合金CrIrVSb的半金属性和磁性

赫斯勒合金已经成为自旋电子学领域的热门研究对象。随着研究的深入,人们对赫斯勒合金的研究不再局限于三元结构,近些年来,四元赫斯勒合金备受关注。采用第一性原理的计算方法,通过5d族过渡金属元素Ir替换Cr2VSb合金中的一个Cr原子,形成具有稳定结构的四元CrIrVSb合金,该合金在基态的自旋极化率达到75%,亚稳态表现出半金属特性具有100%的自旋极化率。同时,亚稳态的CrIrVSb合金的总磁矩为1μB,该磁矩值不会随着晶格常数的变化发生改变;磁性主要来源于其内部过渡金属原子的d轨道电子的自旋及其杂化过程,亚稳态CrIrVSb合金可以作为一种良好的自旋电子学材料。