Ni_2MnIn合金电子结构和微观磁性的第一原理计算

利用基于密度泛函理论的第一原理赝势法,研究了Ni2MnIn合金Heusler结构和四方马氏体结构的晶体结构参数、电子结构及微观磁性特征.通过对能带、各原子轨道磁矩和分波态密度(PDOS)的计算分析,发现二种结构中各原子的原子轨道磁矩、元胞轨道磁矩、元胞体积均变化不明显,两相均具有明显自旋极化现象.计算表明:四方马氏体相变导致Ni2MnIn元胞费米能下降0.495eV;Ni2MnIn结构中,In原子具有弱抗磁性,晶胞磁矩为Mn原子轨道磁矩所主导,约占元胞总轨道磁矩85%,Ni原子轨道磁矩贡献约占元胞总轨道磁矩15%.理论计算结果与其他理论值进行了对比.     

基于密度泛函理论的L2_1型Ni_2MnGe第一原理计算

运用MaterialsStudio6.0程序CASRTEP软件包建立L21型Ni2MnGe单胞和1×1×5的Ni2.25Mn0.75Ge超胞模型,采用GGA-PBE-TS近似,得出能带结构和态密度曲线。由Ni2MnGe单胞的能带结构和态密度图可以看出自旋向上和自旋向下的能带都没有出现带隙,说明Ni2MnGe单胞具有金属性,在费米能级附近不同自旋能带具有明显差别,从而导致Ni2MnGe具有较大磁性;通过分析1×1×5的Ni2.25Mn0.75Ge超胞的能带结构和态密度图可以得到同样的结论,即Ni2.25Mn0.75Ge具有金属性,在费米能级附近不同自旋能带具有明显差别,从而导致Ni2MnGe具有较大磁性。2种晶体中Ni原子自旋向上和自旋向下的态密度占据量几乎相同,因此Ni原子的磁矩很小,而Mn原子d轨道的电子几乎全部局域在自旋向上的态密度中,因此Mn原子磁矩较大。Ni2.25Mn0.75Ge中Ni(A)与Mn存在p-d杂化,比Ni2MnGe中p-d杂化作用更强,这是由于Ni替换了Mn的缘故。     

Heusler合金Co_(2-x)Fe_xVAl的电子结构、磁性和半金属性研究

基于密度泛函理论(DFT),使用广义梯度近似(GGA)研究了Heusler合金Co_(2-x)Fe_xVAl在不同Fe掺杂比例x时的电子结构、磁性和半金属性。结果表明,随着Fe掺杂比例x的增加,合金的晶格常数和磁矩均线性降低,分别满足了Vigard和Slater-Pauling规律;当x=1时,CoFeVAl合金的总磁矩与Co_2VAl(x=0)相比降低了50%,虽然费米面处出现了少量的态密度,丧失了半金属性,但其自旋极化率高达90%,仍被认为是一种很好的自旋电子学材料;此外,自旋向下带带隙宽度随x的增加逐渐变小,费米面向导带底移动,这不仅与X位原子间相互作用有关,还可能与Y位原子的轨道位置相关。     

简单金属小团簇Aln（n=2～7）的磁性

使用自旋极化的密度泛函理论下的第一原理方法,对简单金属铝的小团簇Aln(n=2～7)的结构特性和磁性进行了理论计算.结果表明:团簇的结合能随着团簇中原子数的增加而增大;虽然Al是简单金属,但是其小团簇Aln(n=2～7)具有磁性,磁矩在1 μB和2 μB间变化;通过能级图分析了Aln团簇磁矩的变化规律.此外,还分析了Aln团簇的磁矩、结合能、能量的一阶和二阶差分随原子数n的变化,讨论了最稳定团簇Al5的电子结构和电荷密度.     

C掺杂ZnS纳米线电子性质和磁性质

运用第一性原理方法研究了C掺杂ZnS纳米线的电子性质和磁性质.研究发现C原子趋于替代纳米线表面的S原子.所有掺杂纳米线显示了半导体特性.纳米线的总磁矩主要来源于C原子2p轨道的贡献.由于杂化,相邻的Zn原子和S原子也产生了少量自旋.在超原胞内,C、Zn和S原子磁矩平行排列,表明它们之间是铁磁耦合.铁磁态和反铁磁态的能量差达到了121meV,表明C掺杂ZnS纳米线可能存在室温铁磁性,这在自旋电子学领域有很大应用前景.     

铁磁/半导体/铁磁异质结构的自旋极化输运

采用相干量子输运理论和传递矩阵方法,研究了具有不同自旋指向的极化电子渡越铁磁/半导体/铁磁异质结构的隧穿几率和自旋极化率.研究表明,隧穿几率和自旋极化率随半导体长度的改变发生周期性变化、随Rashba自旋轨道耦合强度的改变发生准周期变化,并且在2铁磁电极中磁矩取向平行时;选择适当的半导体的长度和Rashba自旋轨道耦合强度可以得到较大的自旋极化率.     

钙钛矿结构材料SrHfO3的电子结构研究

在密度泛函理论框架下首先用局域自旋密度近似（LSDA）方法,研究了具有钙钛矿结构的材料SrHfO3的电子结构,发现Sr显示比较明显的离子特性,Hf和O之间由于杂化形成了共价键.得到该化合物的带隙为1.54 eV,磁矩为零.考虑Hf 5d局域电子之间的在位库仑相互作用（即采用LSDA＋U方法进行计算）后,磁矩依然为零,但态密度分布有明显的改变.计算结果表明,该材料中Hf 5d之间的在位库仑相互作用U为8.0 eV.     

Fe掺杂ZnO纳米线电子性质和磁性质

本文采用第一性原理密度泛函理论系统地研究了Fe原子单掺杂和双掺杂ZnO纳米线的电子性质和磁性质.所有掺杂纳米线的形成能都比纯纳米线的形成能低,说明掺杂过程是放热的.计算结果显示Fe原子趋于占据纳米线表面位置.纳米线的总磁矩主要来源于Fe原子3d轨道的贡献.由于杂化,相邻的O原子也产生了少量自旋.在超原胞内,Fe、O原子磁矩平行排列,表明它们之间是铁磁耦合.表面掺杂纳米线显示出半导体特性,而中间掺杂纳米线显示出半金属性,在自旋电子学领域有广泛应用.     

B、N掺杂对单层SnO磁性影响的第一性原理研究

采用自旋极化密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了非金属元素B或N替位掺杂对单层SnO电子结构和磁学性质的影响.计算结果表明,B或N原子掺杂单层SnO可以诱导出磁性,磁矩分别为0.84μB,0.44μB.在B-SnO掺杂体系中,磁矩主要来源于B-2p轨道和与之近邻的Sn-5p轨道.在N-SnO掺杂体系中,磁性主要来源于Sn-5p、O-2p和N-2p轨道.进一步研究两个B或两个N原子掺杂单层SnO的磁耦合发现,双B原子掺杂SnO超原胞的C1构型最为稳定,双N原子掺杂SnO超原胞的C4构型最为稳定,且都呈现出顺磁性.形成能计算表明,富Sn条件下更易于实现双原子掺杂.     

Mn-O共掺单层MoS2磁性和光学性质的第一性原理研究

基于第一性原理自旋极化密度泛函计算了O,Mn单掺杂和Mn-O共掺杂MoS_2单层系统的电子结构、磁性和光学性质.在Mn和Mn-O掺杂后,由于自旋向上通道中杂质带的出现,导致MoS_2单层系统从自旋向上和自旋向下态密度完全对称的非磁性半导体转变为磁矩1μB和1.08μB的铁磁半导体,磁矩主要集中在掺杂的Mn原子上,而自旋向下通道仍保持半导体特征,其自旋间隙分别为1.613和0.396eV.同时发现Mn-O共掺杂后,在低能量区域(0～2.5eV),其介电常数、折射系数和吸收系数相比未掺杂和O单掺杂的MoS_2系统增强显著,并出现了红移现象.     

TM_2-TCNQ有机分子磁性第一性原理

使用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法对3d过渡金属(TM)-TCNQ分子的电子结构与磁性进行研究,结果显示TM原子与TCNQ分子间通过极性键连接,TM原子的加入对TCNQ分子的结构和分子内电荷分布影响很小.TM2-TCNQ分子的磁矩主要源于TM原子;TM的3d电子与相邻氰基中C,N间存在类似超交换相互作用.同时发现V2-TCNQ体系的基态是铁磁态,并具有半金属性质.     

Cu掺杂ZnS纳米线结构和磁性质

本文采用第一性原理密度泛函理论系统地研究了Cu原子掺杂ZnS纳米线的结构、电子性质和磁性质.所有掺杂纳米线的形成能比纯纳米线的形成能低,说明掺杂过程是放热的.并且Cu原子趋于替代纳米线的表面的Zn原子.电子结构显示Cu掺杂纳米线是半金属铁磁半导体材料,在自旋电子学方面有重要应用.     

Half-metallic graphene nanoribbons

Electrical current can be completely spin polarized in a class of materials known as half-metals, as a result of the coexistence of metallic nature for electrons with one spin orientation and insulating nature for electrons with the other. Such asymmetric electronic states for the different spins have been predicted for some ferromagnetic metals--for example, the Heusler compounds--and were first observed in a manganese perovskite. In view of the potential for use of this property in realizing spin-based electronics, substantial efforts have been made to search for half-metallic materials. However, organic materials have hardly been investigated in this context even though carbon-based nanostructures hold significant promise for future electronic devices. Here we predict half-metallicity in nanometre-scale graphene ribbons by using first-principles calculations. We show that this phenomenon is realizable if in-plane homogeneous electric fields are applied across the zigzag-shaped edges of the graphene nanoribbons, and that their magnetic properties can be controlled by the external electric fields. The results are not only of scientific interest in the interplay between electric fields and electronic spin degree of freedom in solids but may also open a new path to explore spintronics at the nanometre scale, based on graphene.     

多铁性异质结研究进展

多铁异质结中的磁电耦合效应是凝聚态物理和材料物理的研究热点之一.相比单相的多铁材料,多铁异质结中界面处的自旋、电荷、轨道以及晶格之间存在着复杂的相互作用,导致出现一些新的物理现象,使得其在新一代的存储器、传感器、微波等领域中具有重要的应用前景.文章介绍近年来在多铁异质结方向取得的进展,着重介绍实现电场对磁性控制的场效应、应变效应、交换偏置效应等,以及磁场对多铁性的调控,从而获得很大的磁电耦合效应;分析了多铁隧道结及其磁电耦合效应,其集成了传统铁电隧道结和铁磁隧道结的优势,可大幅度提高单个存储单元存储状态,从而提高存储密度.最后提出当前面临的问题和对未来的展望.     

银纳米材料制备和应用进展

 银纳米复合材料由于其优良的综合性能而具有广阔的应用前景,已成为纳米材料研究的热点。本文综述了银纳米颗粒和银纳米复合材料的化学制备方法,包括化学还原法、光还原法、微乳液法、电化学法等,指出了化学还原法由于容易控制粉末粒度和形貌,生产成本相对较低,是目前研究和应用最广的制备纳米银粉的方法,在制备过程中加入保护剂是防止纳米银颗粒团聚的有效方法;分析了银纳米材料在催化材料、抗菌材料、电子电路、表面增强拉曼光谱及其他领域的应用,复合银纳米材料已经在乙烯氧化制环氧乙烷催化剂和抗菌塑料中得到商业化应用;提出制备尺寸可控、形貌可控的银纳米粒子以及各种新型功能性银纳米材料将是今后研究的方向。     

Persistent sourcing of coherent spins for multifunctional semiconductor spintronics.

Recent studies of n-type semiconductors have demonstrated spin-coherent transport over macroscopic distances, with spin-coherence times exceeding 100 ns; such materials are therefore potentially useful building blocks for spin-polarized electronics ('spintronics'). Spin injection into a semiconductor (a necessary step for spin electronics) has proved difficult; the only successful approach involves classical injection of spins from magnetic semiconductors. Other work has shown that optical excitation can provide a short (<500 ps) non-equilibrium burst of coherent spin transfer across a GaAs/ZnSe interface, but less than 10% of the total spin crosses into the ZnSe layer, leaving long-lived spins trapped in the GaAs layer (ref. 9). Here we report a 'persistent' spin-conduction mode in biased semiconductor heterostructures, in which the sourcing of coherent spin transfer lasts at least 1-2 orders of magnitude longer than in unbiased structures. We use time-resolved Kerr spectroscopy to distinguish several parallel channels of interlayer spin-coherent injection. The relative increase in spin-coherent injection is up to 500% in the biased structures, and up to 4,000% when p-n junctions are used to impose a built-in bias. These experiments reveal promising opportunities for multifunctional spin electronic devices (such as spin transistors that combine memory and logic functions), in which the amplitude and phase of the net spin current are controlled by either electrical or magnetic fields.     

ZnO基稀磁半导体的研究进展

现在的信息技术主要利用电子的电荷自由度去处理和传输信息,利用电子的自旋自由度去存储信息.而稀磁半导体同时利用了电子的电荷属性和自旋属性进行信息处理和存储,使其成为了一类新型的半导体.稀磁半导体具有很多特殊的性质,在高密度存储器、半导体集成电路、半导体激光器和量子计算机等领域将会有广阔的应用前景.本文主要介绍了近年来世界各国研究小组采用不同方法合成的ZnO基稀磁半导体,对其磁性进行了系统研究,分析了铁磁性产生的机理.     

非晶态铁磁体的因瓦效应

本文为作者理学博士论文(日本东北大学,1982年)的概要,讨论非晶态铁磁体的磁体积效应、自旋波激发、因瓦合金的原子结构及磁结构,提出:因瓦效应的起因在于使其铁磁性变为不稳定的电子结构。     

SU（3）简易群模型和直线对撞机上顶夸克对产生的自旋修正

在SU（3）简易群模型的框架下，研究了在直线对撞机上质心能量为800GcV时顶夸克对通过e^＋ e^→tt产生的自旋修正．结果表明新的规范玻色子ZH对t↑t↓ 态和 t↓t↑态的产生截面能产生明显的修正；当1TeV≤MZH≤2TeV和cosθ〈0时，相对修正参数的值R（t↑t↓ ）和（ t↓t↑）分别在18．16%-3．45％和47．6%-3．4%的范围．因而在大部分参数空间内，新的规范玻色子也对顶夸克对产生的自旋修正影响应该可以在未来的高能直线对撞机上被观测到．     

X掺杂团簇Bn+1(n=1~11; X=Be, Mn)的密度泛函研究

本文利用密度泛函理论对BnX(n=1~11; X=B, Be, Mn)基态结构、稳定性、电子构型与磁性开展了系统研究. 结果表明: 团簇BnX( n=5~11; X=Be, Mn)中的X原子均位于高配位,BnBe的基态构型为多重度为1或2的低重态;团簇BnX的平均结合能均随尺寸的增大而逐渐增大,n取值相同时,Bn+1团簇的平均结合能最高. HOMO-LOMO能隙结果表明, 掺杂铍原子、锰原子有利于提高纯硼团簇的化学活性;团簇BnBe中的Be原子是电荷的受体,团簇BnMn中Mn原子轨道电子表现出显著的spd杂化;团簇BnX (X=B,Be)中的开壳层结构磁矩主要由2p轨道贡献. 团簇BnMn均为开壳层结构,总磁矩主要由Mn3d轨道贡献. 随着团簇BnMn尺寸的增大,Mn原子的配位数增大,B-Mn平均键长增大,Mn3d轨道磁矩减小而导致团簇的总磁矩减小.