幾個(gè)二元-三元化合物的表面半金屬性研究.pdf

1、在1983年,deGroot等人發(fā)現(xiàn)了一類具有Clb結(jié)構(gòu)的新材料,霍伊斯勒合金NiMnSb和PtMnSb,它們的能帶結(jié)構(gòu)在一個(gè)自旋方向具有金屬性,而在另一個(gè)自旋方向具有半導(dǎo)體性或絕緣性。這種特殊的性質(zhì)被稱為半金屬鐵磁性。因?yàn)榘虢饘俨牧显谫M(fèi)米面具有完全(100％)的自旋極化率,因而在自旋電子學(xué)中有著重要的應(yīng)用。本文主要利用基于密度泛函理論的全勢(shì)線性綴加平面波方法,研究了幾個(gè)二元和三元半金屬化合物的結(jié)構(gòu)、電子和磁學(xué)性質(zhì),涉及到塊材、表面和界

2、面體系。得到的五個(gè)主要結(jié)果如下:
　　首先,研究了巖鹽結(jié)構(gòu)VPo的塊材和(111)表面的性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn),塊材VPo在平衡晶格常數(shù)5.9?時(shí)具有半金屬鐵磁性,磁矩為3.00μB每個(gè)分子。因?yàn)楸砻嬖渔I長(zhǎng)和磁矩的不同,V原子終結(jié)的(111)表面維持了半金屬性,而Po原子終結(jié)的(111)表面失去了半金屬性。表面Po(V)原子的磁矩與塊材中的相比都增加了。計(jì)算得到的總磁矩滿足二元閃鋅礦結(jié)構(gòu)半金屬鐵磁體遵從的Slater-Paulig準(zhǔn)則M

3、tot=(Ztot-8)μB。我們也討論了所研究表面的穩(wěn)定性。
　　第二,我們進(jìn)一步研究了巖鹽結(jié)構(gòu)VPo的(110)和(001)表面性質(zhì),發(fā)現(xiàn)這兩種表面都維持了塊材半金屬性的特征。表面原子的磁矩與塊材相比都增大了。表面穩(wěn)定性的研究表明,巖鹽結(jié)構(gòu)VPo的(110)和(001)表面在平衡條件下都不穩(wěn)定,因此,巖鹽結(jié)構(gòu)VPo薄膜需要非平衡生長(zhǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。
　　第三,我們研究了閃鋅礦結(jié)構(gòu)TiTe的塊材和(001)表面性質(zhì),發(fā)現(xiàn)該塊材

4、在平衡晶格常數(shù)6.41?時(shí)具有半金屬鐵磁性,磁矩為2.00μB每個(gè)分子。該塊材半金屬性在Ti和Te原子為終結(jié)的(001)表面均得到了保持。與塊材相比,表面原子的磁矩增大了,而次表面原子的磁矩卻降低了。表面能的計(jì)算表明,Te原子為終結(jié)的表面比Ti原子為終結(jié)的表面更加穩(wěn)定。
　　第四,我們將閃鋅礦結(jié)構(gòu)半金屬鐵磁體TiPo拓展到了其(001)表面和TiPo/CdTe(001)界面性質(zhì)的研究。計(jì)算表明,Ti和Po原子終結(jié)的(001)表面均

5、保持了半金屬性。與塊材相比,表面Ti原子的磁矩增加了,而表面Po原子的磁矩卻降低了。Po原子終結(jié)的(001)表面比Ti原子終結(jié)的(001)表面更加穩(wěn)定。界面性質(zhì)的研究表明,(1×1)的Ti-Te構(gòu)型的界面是最穩(wěn)定的,并且具有半金屬性。(2×1)的Ti-Te構(gòu)型界面也具有半金屬性。
　　第五,計(jì)算了霍伊斯勒合金Mn2CoSn的塊材和(001)表面的結(jié)構(gòu)、電子和磁學(xué)性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)Mn2CoSn的平衡晶格常數(shù)為5.85?,Mn2CoSn

6、具有半金屬亞鐵磁性,磁矩為3μB每個(gè)分子。該半金屬性在Mn(2)Sn和Mn(1)Co終結(jié)的(001)表面均被破壞了。磁矩的計(jì)算表明,Mn(2)Sn終結(jié)的表面原子的磁矩與塊材中的相比有所增加,而Mn(1)Co終結(jié)的表面原子的磁矩變化很大。有趣的是,從塊材到表面體系,Mn(1)原子的磁矩由低自旋態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱烁咦孕龖B(tài),這使Mn2CoSn霍伊斯勒合金成為自旋電子學(xué)應(yīng)用中的一個(gè)有希望的競(jìng)爭(zhēng)材料。此外,霍伊斯勒合金Mn2CoSn的磁矩Mtot和價(jià)電子