四面体二元化合物半金属铁磁性研究

摘要

近年来,自旋电子学成为材料物理学研究的一个热点领域。自旋电子学器材与传统的半导体器材相比,它具有体积小、功耗低、速度快、非易失性等优点,有着非常大的潜在应用价值。半金属(half-metallic)铁磁体有着 100%的自旋极化率和较高的居里温度,是一种很好的半导体自旋电子注入源。目前,半金属铁磁体成为制备自旋电子学器材的重要材料。随着密度泛函理论的逐步完善和计算机速度的加快,材料模拟软件成为预言新材料的有力工具。本论文的目的就是利用基于密度泛函理论的第一性原理,采用从头计算来研究几种假定的化合物,为预测材料的性质或者为合成新材料提供理论指导。
　　首先,我们对半金属相关的基本知识,研究背景和意义,主要内容,基本研究理论以及计算模拟软件作了简要介绍。
　　其次,我们运用全势线性缀加平面波方法,广义梯度近似(GGA)加mBJ 势作为交换关联势,采用从头计算,研究了假定的化合物MGe(M=Ca,Sr,Ba)闪锌矿和纤锌矿结构的半金属性,电子结构和形成热。在计算中,我们选用基于全势线性缀加平面波方法的WIEN2k 程序,该程序是计算化合物电子结构最精确的方法之一。计算表明,四面体配位化合物MGe ( M=Ca,Sr,Ba )具有半金属性,闪锌矿( ZB )结构MGe (M=Ca,Sr,Ba)的磁矩为2.00μB, 纤锌矿(WZ)结构MGe(M=Ca,Sr,Ba)的磁矩为4.00μB,磁矩主要来自于Ge的p电子,p-d杂化是其具有半金属性的重要原因。我们还发现,对于闪锌矿(ZB)结构的化合物CaGe,SrGe和BaGe,它们的晶格常数分别被压缩6.6%,7.0%和6.0%时,它们仍然保持很好的半金属性。对于纤锌矿(WZ)结构的化合物CaGe, SrGe和BaGe,它们的晶格常数分别被压缩4.0%,7.0%,7.0%时,它们半金属性仍然保持很好。通过计算MGe (M=Ca,Sr,Ba)的无磁,铁磁,反铁磁状态下的能量,MGe(M=Ca,Sr,Ba)的铁磁基态最稳定。较大的半金属隙,负内聚能和形成热表明四面体化合物MGe(M=Ca,Sr,Ba)将在自旋电子学器件中具有潜在的应用价值,而且也可以作为研究半金属性形成机理的一种重要的模型。
　　最后,对全文进行总结并对后续研究加以展望。

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引言

1 绪论

1.1 磁性的宏观特性及其分类[1-4]

1.2 半金属铁磁体

1.3 本课题的研究内容

2 基本理论

2.1 密度泛函理论[73-79]

2.2 全势线性缀加平面波方法[80-85]

2.3 模拟计算软件 WIEN2k 简介

3 四面体二元化合物CaGe半金属铁磁性研究

3.1 二元化合物半金属铁磁体研究现状

3.2 CaGe电子结构和磁性研究

3.3 CaGe结构稳定性研究

3.4 本章小结

４ 四面体二元化合物SrGe半金属铁磁性研究

4.1 SrGe电子结构和磁性研究

4.2 SrGe结构稳定性研究

5 四面体二元化合物BaGe半金属铁磁性研究

5.1 BaGe电子结构和磁性研究

5.2 BaGe结构稳定性研究

5.3 本章小结

6 总结与展望

参考文献

致谢

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