闪锌矿结构二元化合物的半金属性研究

• 作 者: 吴桥
• 机 构: 三峡大学
• 出 处: 三峡大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 半金属性 闪锌矿结构 电子结构 结合能

近几十年的研究表明，自旋电子学已在材料物理学领域占据了重要地位。自旋电子学器件具有不挥发、低功耗和高集成度等优点，较之传统的半导体器件，有着十分广泛的应用前景。作为制备自旋电子学器件的重要组成部分，半金属铁磁材料有着高的自旋极化率和居里温度，使之能够良好地注入半导体自旋电子。由于人们对密度泛函理论研究的逐步探索及现代计算机运行速度的提高，材料模拟计算软件成为预测新型材料的重要工具。本论文的研究是以密度泛函理论为基础，采用第一性原理计算来研究几种假定化合物的半金属性，通过分子设计来设计新型的半金属铁磁体材料以及为实验上合成新型材料提供理论依据。　　首先，对半金属铁磁性材料相关的研究现状，知识背景，基本内容，研究基础及计算模拟软件进行了简单介绍。　　其次，在Linux系统下，应用WIEN2K程序，采用全势线性缀加平面波方法，将广义梯度近似(GGA)及GGA+mBJ势作为交换关联势，研究了假定的闪锌矿结构二元化合物 YC、YB的半金属铁磁性、电子结构和形成能。计算结果表明，闪锌矿结构的YC、YB具有半金属铁磁性，磁矩分别为每分子1.00μB和2.00μB。磁矩主要源于C、B的p电子，半金属性形成的重要原因是p-d轨道杂化。为了研究半金属性的稳定性，我们计算了晶格常数被压缩后的化合物结构，发现当压缩值分别在3.0％和2.0%时，它们的磁矩仍为整数，半金属性保持良好。在原胞基础上我们建立了16个原子的2×1×1的超胞，计算了YC、YB分别在顺磁、铁磁、反铁磁状态下的能量值，YC和YB的铁磁态最稳定。较好的半金属能隙、小的磁矩和负的结合能表明闪锌矿结构的YC、YB在未来的自旋电子学器件中有应用前景。　　最后，对全文进行归纳总结以及对将来的研究趋势加以分析。