Fe4N-半導體界面的電子結構和磁性的第一性原理研究.pdf

1、自旋電子器件將電子的自旋和電荷屬性實現了應用，是材料科學和凝聚態(tài)物理課題研究的熱點之一。其中，具有高自旋極化率的電極材料是提高自旋器件效率的關鍵因素。由于具有100％的傳導自旋極化率和767K高的居里溫度，Fe4N在磁性隧道結和自旋注入器件中將具有極大的應用價值。
　　本文利用密度泛函理論計算了Fe4N/勢壘層(MgO、BaTiO3和BiFeO3)界面的電子結構和磁性；La2/3Sr1/3MnO3與四方相BiFeO3超晶格的磁電耦

2、合效應；Fe4N/半導體(Si、Graphene和MoS2)異質結的自旋注入現象以及Fe?X6團簇摻雜單層MoS2的電和磁性，為磁性隧道結和自旋注入的實驗設計提供理論支持。
　　通過計算Fe4N/Oxides(MgO、BaTiO3和BiFeO3)界面體系的結合能、能帶結構、態(tài)密度、肖特基勢壘高度、差分和平面差分電荷密度，發(fā)現與FeⅠFeⅡ和(FeⅡ)2N終端接觸的MgO分別呈現出n和p型摻雜；與FeⅠFeⅡ終端接觸的BaTiO3出

3、現金屬性，與(FeⅡ)2N終端接觸的BaO和TiO2分別呈現出p和n型摻雜；與Fe4N接觸的BiFeO3呈現出金屬導電。不同的電子結構和磁性來源于不同的界面成鍵。
　　通過計算La2/3Sr1/3MnO3與四方相BiFeO3超晶格的解離能、能帶結構、態(tài)密度和差分電荷密度，發(fā)現LaO?Fe(OB)2結構最穩(wěn)定，呈現出半金屬性，它的磁電耦合強度強于正交相BiFeO3的復合結構；Fe(OB)2?SrO、Fe(OB)2?MnO2、BiOA

4、?SrO和BiOA?LaO界面處存在的Fe和Bi的鐵磁有序，表明存在交換偏置現象。
　　通過計算Fe4N/Si(Graphene)雙層的結合能、能帶結構、態(tài)密度、差分和平面差分電荷密度，發(fā)現強的Fe4N?Si界面成鍵使得Si出現自旋極化；而弱的FeⅠFeⅡ、N與石墨烯界面相互作用使得石墨烯的費米能級相對于狄拉克點均向低能級轉移，且后者更大的能量轉移來源于石墨烯與N終端之間更大的功函數差。
　　通過計算Fe4N(111)/Mo

5、S2(√3×√3)超晶格體系的解離能、能帶結構、態(tài)密度、肖特基勢壘高度和差分電荷密度，發(fā)現與FeⅠFeⅡ終端接觸時，強的Fe?S化學鍵使得MoS2出現自旋極化，當Mo坐落在FeⅠ原子上方的時候引起的磁矩最大(0.33μВ)；與N終端接觸時，弱的N?S界面成鍵使得界面處形成p型肖特基勢壘且MoS2帶隙值增大。
　　通過計算Fe?X6團簇摻雜單層MoS2體系的能帶結構、態(tài)密度和差分電荷密度，發(fā)現單個Fe和Fe?F6摻雜使得4×4×1超