第一性原理研究Full-Heusler合金Mn2YP (Y=Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn)的电子结构,磁性及半金属特性

摘要

巨磁电阻效应(GMR)的发现是自旋电子学发展中的里程碑。2007年诺贝尔物理学奖授予巨磁电阻效应(GMR)发现者，法国Fert教授与德国Grunberg教授。在信息的传输、处理和存储中，自旋电子学器件不仅利用电子的电荷而且还利用电子的自旋自由度，因此具有非常优秀的特性，如功耗低、非易失性、高集成密度等。目前，从一般铁磁材料注入电子到半导体材料的时侯自旋极化率非常低，是自旋电子学器件的研制中主要解决的问题之一。半金属磁性材料因具有100％自旋极化率而认为是理想的自旋电子注入源之一，在自旋电子学领域中具有重要的应用价值。
　　本文利用基于密度泛函理论(DFT)的全势线性缀加平面波(FLAPW)方法，结合广义梯度近似(GGA)，对full-Heusler合金Mn2YP(Y=Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn)的电子结构、磁性及半金属特性进行了研究。对于Mn2YP(Y=Ti,V,Cr)合金采用了Cu2MnAl型有序结构，而对于Mn2YP(Y=Fe,Co,Ni,Cu,Zn)合金则采用了Hg2CuTi型有序结构。我们利用总能量随晶格常数的变化关系预测了full-Heusler合金的最优化晶格常数，计算结果表明：
　　（1）具有Cu2MnAl型有序结构的Mn2YP(Y=Ti,V,Cr)合金的最优化晶格常数分别为5.670A，5.545A，5.570A。总自旋磁矩为-0.135μB，1.029μB，0μB。其中Mn2TiP，Mn2CrP合金为一般铁磁性材料，Mn2VP合金为顺磁性材料。
　　（2）具有Hg2CuTi型有序结构的Mn2YP(Y=Fe,Co,Ni,Cu,Zn)合金的最优化晶格常数分别为5.552A，5.578A，5.633A，5.722A，5.804A。总自旋磁矩为3.000μB，4.000μB，4.239μB,1.987μB,2.640μB。我们发现Mn2FeP，Mn2CoP合金具有半金属特性，自旋向下的能带中能隙分别为0.176 eV，0.427 eV，且它们的总自旋磁矩很好的符合Slater-Pauling规则Mt= Zt-24；Mn2CuP合金为准半金属材料，自旋向下的能带中能隙为0.133 eV，总自旋磁矩接近整数2AB，比较符合Mn2Cu基Slater-Pauling规则Mt=Zt-28；而Mn2NiP，Mn2ZnP合金为一般铁磁性材料。

目录

声明

第一章 引 言

1.1研究背景

1.2 半金属磁性材料

1.3 半金属磁性材料分类

1.4 Heusler合金的研究现状

1.5 研究意义

第二章 理论与计算方法

2.1密度泛函理论

2.1.1绝热近似

2.1.2 Hohenberg-Kohn 定理

2.1.3 Kohn-Sham 方程

2.1.4 广义梯度近似(GGA)

2.2 全势线性缀加平面波方法( FLAPW )

2.2.1 缀加平面波方法( APW )

2.2.2 线性缀加平面波方法( LAPW )

2.2.3 全势线性缀加平面波方法( FLAPW )

2.3 计算参数与模型

第三章 结果与讨论

3.1 晶格常数的最优化

3.2 Mn2YP (Y=Ti, V, Cr) 电子结构、磁性及半金属特性

3.3 Mn2YP (Y=Fe,Co,Ni,Cu,Zn) 电子结构、磁性及半金属特性

第四章 结 论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文