d0鐵磁性摻雜結構和超晶格結構的結構，磁性和電子性質的第一性原理研究.pdf

1、自旋電子學器件，被稱為第二代電子學器件，同時利用了電子的電荷和自旋作為載體來進行信息處理和存儲，有望突破傳統(tǒng)電子學器件的極限。特別地，對于在自旋電子學器件中的半金屬鐵磁體，因為其費米能級處的自旋極化在理論上可能比普通磁性材料具有更高的磁阻效應，具有100％的自旋極化，并且其電阻率與半導體相匹配的很好，因此半金屬鐵磁體在全球范圍內都吸引了廣泛的關注。近年對半金屬的研究逐漸轉向了無磁性元素的半金屬鐵磁體的研究，因為其可以解決磁性元素較重導致

2、的磁團簇和磁沉淀等問題。本文用第一性原理方法研究了無磁性元素摻雜結構PbA0.75M0.25(A=Sand Se;M=B，CandN)和超晶格結構(CaX)1/(YX)1(001)(Y=Al,Ga,and In;X=N,P,and As)、(CaN)1/(AlN)x和(CaN)x/(AlN)1(x=2，3）的結構，磁性和電子性質，主要的研究內容及結果如下:
　　(1)對于摻雜結構PbA0.75M0.25(A=S and Se; M

3、=B，C and N)，計算結果顯示C-和N-摻雜可以在PbS和PbSe半導體體系引起磁性，而B-摻雜并不引起磁性。自旋相關的電子能帶結構、總態(tài)密度、和分態(tài)密度的計算結果費米能級附近C-和N-雜質的2p態(tài)對磁性的產(chǎn)生起主要作用。另外，壓強條件下的計算表明，負壓情況下，C-體系可以轉變成為半金屬鐵磁材料。
　　(2)對于超晶格結構(CaX)1/(YX)1(001)(Y=Al，Ga，and In;X=N，P，and As)，計算結果顯

4、示所有這9個超晶格都是半金屬鐵磁體，并且它們的磁矩為1μB。磁性從本質上來說來自于陰離子N，P，As的p軌道。另外，這些超晶格非常大的半金屬帶隙，晶格參數(shù)變化時穩(wěn)定的半金屬性，與一些對應的ZB結構的半導體之間較匹配的晶格常數(shù)等使它們成為成功的自旋電子學最理想的原料。
　　(3)對于超晶格結構(CaN)1/(AlN)x和(CaN)x/(AlN)1(x=2，3），計算結果表明這四種超晶格展現(xiàn)了非常穩(wěn)定的半金屬鐵磁性性質，其中(CaN)