ELECTRONIC STRUCTURE AND THE HALF-METALLIC FERROMAGNETIC BEHAVIOR OF THE Ti-DOPED BN SYSTEM STUDIED USING FIRST-PRINCIPLES ( ESTRUCTURA ELECTRóNICA Y COMPORTAMIENTO SEMIMETáLICO Y FERROMAGNéTICO DEL SISTEMA BN DOPADO CON Ti ESTUDIADO USANDO PRIMEROS PRINCIPIOS )

摘要

In this work using the first-principles in the framework of Density Functional Theory the structural properties, electronic structure and magnetism of Ti-doped w-BN are studied. Our calculations were performed with the ultrasoft pseudopotentials method, employed exactly as implemented in Quantum ESPRESSO code. For the B 0.9375 Ti 0.0625 N and B 0.875 Ti 0.125 N concentrations it is found a ferromagnetic and half-metallic behavior with 100% carrier spin polarization of the conduction carriers in the ground state. The calculations showed that the substitution of a Ti atom at the B site (B 0.9375 Ti 0.0625 N compound) introduces a magnetic moment of 1.0 μ B , while two Ti atoms substitutions (B 0.875 Ti 0.125 N compound) introduce a magnetic moment of 2.0 μ B . These magnetic properties come from hybridization and polarization of states Ti-3d and their first neighboring B-2p and first neighboring N-2p atoms. Calculated magnetic properties indicate that Ti-doped w-BN compound can potentially be used in diluted magnetic semiconductors or as spin injectors. En este trabajo usando primeros principios en el marco de la Teoría del funcional de la Densidad, se estudiaron las propiedades estructurales, la estructura electrónica y magnetismo del w-BN dopado con Ti. Nuestros cálculos fueron ejecutados con el método de pseudopotenciales ultrasuaves, tal como está implementado en el código Quantum ESPRESSO. Se encontró que las concentraciones B 0.9375 Ti 0.0625 N y B 0.875 Ti 0.125 N poseen un comportamiento ferromagnético y semimetálico con una polarización de espín del 100% de los portadores de conducción en el estado base. Los cálculos muestran que la sustitución con un átomo de Ti en el sitio del B (compuesto B 0.9375 Ti 0.0625 N) introduce un momento magnético de 1.0 μ B , mientras que la sustitución con dos átomos de Ti (compuesto B 0.875 Ti 0.125 N) introduce un momento magnético de 2.0 μ B . Estas propiedades magnéticas provienen de la hibridación y polarización de los estados Ti-3d y de sus primeros vecinos N-2p y B-2p. Estas propiedades indican que w-BN dopado con Ti puede ser potencialmente usado como un semiconductor magnético diluido o como inyectores de espín.