CoFeCrGa_(1-x)Al_x合金的电子结构、磁性和自旋零带隙半导体特性研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理,研究了Al掺杂对CoFeCrGa_(1-x)Al_x(x=0、0.25、0.5、0.75)合金电子结构、磁性、自旋零带隙半导体特性的影响。结果表明,随着Al掺杂浓度的增加,合金晶格常数减小,总磁矩符合Slater-Pauling规则。在整个研究范围内,CoFeCrGa_(1-x)Al_x(x=0、0.25、0.5、0.75)合金均为自旋零带隙半导体,随着x的增加,自旋向下能带中费米面从价带顶向导带方向移动,带隙宽度逐渐增加,当x=0.75时,费米面位于带隙中间,CoFeCrAl_(0.75)Ga_(0.25)在系列合金中半金属稳定性最佳。此外,当受到一定程度四方形变时,CoFeCrAl_(0.75)Ga_(0.25)仍能保持自旋零带隙半导体特性,有望应用于自旋电子器件。     

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。     

Heusler合金Mn_2V_(0.5)Co_(0.5)Al的晶体结构与磁性能研究

本文在三元Heusler合金Mn_2VAl的基础上掺杂Co原子得到四元合金Mn_2V_(0.5)Co_(0.5)Al,基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理赝势方法结合广义梯度近似(GGA),对四元Heusler合金Mn_2V_(0.5)Co_(0.5)Al的电子结构、磁性及半金属特性进行计算。结果表明,Co原子掺入能抑制Mn_2V_(0.5)Co_(0.5)Al四元合金体系无序结构的形成,该四元合金是一种具有磁矩完全补偿的半金属材料,平衡晶格常数为0.5747 nm,具有100%自旋极化率,半金属特性较好,总态密度来源于Mn~1-3d、Mn~2-3d、Co-3d、V-3d轨道的电子自旋及其相互杂化作用。此外,当晶格常数在0.57～0.59 nm范围内变化时,Mn_2V_(0.5)Co_(0.5)Al合金仍能保持磁矩完全补偿性和半金属性。     

Zr掺杂对Heusler合金Co_2TiGe的电子结构与磁性的影响

利用基于密度泛函理论(DFT)采用第一性原理赝势方法,结合广义梯度近似(GGA),对Co_2Ti_(1-x)Zr_xGe(x=0,0.25,0.5,0.75,1.0)系列四元Heusler合金的电子结构、磁性及半金属特性进行了研究。计算结果表明,Zr掺入Co_2TiGe以后并没有破坏其半金属性,所有成分样品的自旋磁矩都接近于整数磁矩2μB。随Zr含量的增加,晶格常数单调增大,向下能隙宽度逐渐变大,同时费米能级的位置向带隙中部发生移动,这可以在一定程度上调控费米能级附近的能带结构。     

过渡族与主族元素对Mn_2CoGa能带结构的双调控作用

通过第一性原理计算,研究了Mn和Sn双替位掺杂对Heusler结构Mn_2CoGa合金的能带调控作用。结果发现过渡族Mn替换Co元素掺入合金后,对两个自旋方向中的能隙有不同的影响,它能够有效的打开材料中自旋向上能带中的能隙,而对自旋向下能带中的能隙影响较小。主族Sn替换Ga元素掺入后能够极好地调整费米面的位置,并引起材料中原子自旋劈裂的变化。引入Sn元素造成的晶格膨胀则轻微地影响材料中的能隙宽度。通过成分调整,最终在Mn_(2.25)Co_(0.75)Ga_(0.5)Sn_(0.5)成分中,成功发现了自旋无带隙特性。     

V掺杂CrSi2能带结构的第1性原理计算

 采用基于第1性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法和广义梯度近似,计算了V掺杂CrSi₂体系的能带结构和态密度,计算结果表明,本体CrSi₂是具有ΔE_g=0.35eV狭窄能隙的间接带隙半导体,其费米面附近的态密度主要由Cr的3d层电子和Si的3p层电子的态密度决定;V替代Cr掺杂后,费米能级进入价带,费米面插在价带的中间,带隙变窄,且间接带隙宽度ΔE_g=0.25eV;掺杂后费米面附近的电子能态密度则由Cr的3d层电子、V的3d层电子和Si的3p层电子的态密度共同决定,掺杂后V原子成为受主,在价带顶附近贡献了一定数量的空穴,使掺杂后CrSi₂的导电类型变为p型,提高了材料的电导率.     

Semi-Heusler合金NiCrP和NiVAs半金属铁磁性稳定特性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的全势能线性缀加平面波方法对semi-Heusler合金NiCrP和NiVAs的电子结构进行自旋极化计算.semi-Heusler合金NiCrP和NiVAs处于平衡晶格常数时都具有半金属性质,它们自旋向下子能带的带隙分别是0.59 eV和0.46eV,合金分子的总磁矩分别为3.00/formula和...     

常压下Se和Te电子结构和弹性性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函的第一性原理, 计算ⅥA族元素Se和Te在常压下的能带结构、 电子态密度、 弹性系数和德拜温度. 能带结构和电子态密度的计算结果表明: Se为间接带隙半导体,  Se费米面附近的导带和价带主要来自外层4p⁴电子的贡献, 4s²电子对费米面附近的导带和价带贡献较少; Te为直接带隙半导体, Te费米面附近的导带和价带主要来自外层5p⁴电子的贡献, 5s²电子对费米面附近的导带和价带贡献较少.  弹性系数计算结果表明: 常压下具有六角结构的Se和Te的力学性质稳定;  其德拜温度分别为263 K和315 K.      

Half-Heusler合金CoMn1-xNbxSb的

采用密度泛函理论(DFT)在广义梯度近似(GGA)下的平面波超软赝势方法,研究了Half-Heusler合金CoMn1-xNbx Sb(x=0,0.25,0.5,0.75,1)的电子结构和磁性.通过几何优化和能量计算,得到了合金的晶格常数、电子和自旋分布以及自旋磁矩的大小.通过分析得到当掺杂浓度x<0.75时,CoMn1-xNbxSb合金具有半金属铁磁性质,并且自旋磁矩随着Nb掺杂的增加而线性地减小,和Slater-Pauling曲线符合得很好.当掺杂浓度x=1时,体系从铁磁半金属转化成泡利金属.     

NaCl型半金属铁磁体CrCa7Se8的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理研究,优化了具有NaCI结构的CrCa7Se8的几何结构．计算了其自旋极化的电子态密度,电荷分布和离子磁矩等电学和磁学性能,并分析了其电子结构,展望了其在自旋电子学中的应用。研究表明,CrCa7Se8在费米面处具有＋100％的自旋极化率,呈现出半金属性,其超胞磁矩为4．00μB,磁矩主要来源于过渡元素CrCa7Se8具有较宽的自旋带隙和较大的超胞磁矩,可作为自旋半导体材料的优质自旋注入材料。同时,它可能具有较高的居里温度,从而在自旋电子学中具有广泛的应用前景。Cr离子的电子结构为eg2↑t2g2↑。     

FexMn1-x合金电子结构及其磁性的理论研究

采用第一性原理的线性缀加平面波(LAPW)的理论计算方法,对Fe_xMn_1-x(x=1,0．75,0．5,0．25,0)合金体系的电子结构与磁性进行了理论研究,并与实验进行了比较．结果表明,bcc结构的Fe_0.75Mn_0.25合金为铁磁性,而fcc结构的Fe_0.5Mn_0.5和Fe_0.25Mn_0.75合金为反铁磁性,而且在铁磁性区域,理论计算磁矩的大小与实验值符合得很好．     

Heusler合金Mn2NiAl的电子结构、 磁性质及四方变形的第一性原理

利用基于密度泛函理论的第一性原理, 计算Mn₂NiAl的晶体结构、 四方变形、 磁性、 电子结构和压力响应. 计算结果表明: Mn2NiAl在立方奥氏体相的平衡结构为铁磁态MnMnNiAl型结构, 其中Mn原子占据A和B不等价晶位; 在由立方结构向四方结构的变形中, 在c/a≈1.24处存在一个稳定的马氏体相; 在奥氏体相和马氏体相下, Mn原子对Mn2NiAl总磁矩的贡献最大,  Mn(A)和Mn(B)原子磁矩的值不等并呈反平行耦合, 且Mn(A)-d和Mn(B)-d的投影态密度在费米面附近交叠均较少,     

钙钛矿型YNiO_3电子能带结构的第一性原理

采用第一性原理计算了钙钛矿材料YNiO3正交相、单斜相的电子能带结构。计算结果表明:YNiO3正交相为直接带隙,带隙大小约为0.99 eV;单斜相低能导带向费米面移动进入带隙区,与费米面相交而部分填满,使其具有金属性而导电。同时发现,Ni在正交相中只存在一种组态Ni3+,而在单斜相中则存在Ni2+和Ni4+两种不同的组态,即存在电荷歧化2Ni3+→Ni2++Ni4+。     

高压下Si的结构转变与弹性性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函的第一性原理,计算了在压力作用下Si的结构相变和弹性性质。晶胞总能的计算结果表明,Si在11.7 GPa压力下发生了从立方金刚石结构（Si-Ⅰ）到四方结构（Si-Ⅱ）的转变。能带结构和态密度的计算结果显示,Si-Ⅰ是具有间接带隙的半导体,带隙为0.71 eV,Si-Ⅱ呈现金属的能带结构特性;Si-Ⅰ和Si-Ⅱ费米面附近的能带结构主要来自于2p电子的贡献。高压下Si-Ⅰ的弹性系数计算结果表明,弹性系数C11,C12和C44均随压力的增加呈现线性增大的规律。     

Cd含量对Zn_(1-x)Cd_xO薄膜的结构、光学和电学性能的影响

利用直流反应磁控溅射的方法和后退火技术在石英衬底上制备不同Cd含量的Zn_(1-x)Cd_xO(0≤x≤1)薄膜.利用XRD、XPS、TEM、Absorption及Hall等详细地对薄膜的结构、光学及电学性能进行了研究.研究发现:当x=0~0.2时,Zn_(1-x)Cd_xO薄膜为沿(002)方向择优生长的六角相结构;当x=0.5时,合金薄膜出现了六角相和立方相共存现象;当x≥0.8时,合金薄膜为沿(200)方向择优生长的立方相结构.结构为六角相时,合金薄膜的带隙从x=0时的3.25 e V减小到x=0.2时的2.75 e V;结构为立方相时,薄膜的带隙从x=0.8时的2.52 e V减小到x=1时的2.42 e V,带隙的变化很小.另外,霍尔测量结果表明,Cd含量对Zn_(1-x)Cd_xO薄膜的电学性质影响很大.     

Mg_xZn_(1-x)Se合金的电子结构、光学性质和稳定性的第一性原理研究（英文）

基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了闪锌矿Mg_xZn_(1-x)Se合金的稳定性、电子结构和光学性质.研究结果表明,闪锌矿ZnSe和Mg_xZn_(1-x)Se合金都为直接带隙半导体,Mg_xZn_(1-x)Se合金的带隙宽度Eg和形成能Eb分别可以由Eg=1.30+1.34x和Eb=-1.48+0.60x-0.27x~2进行估计.同时,Mg_xZn_(1-x)Se合金的价带顶主要取决于Se 4p和Zn 3p态电子的相互作用,而其导带底则主要由Zn4s、Zn 3p以及Se 4s态电子共同决定.此外,随着镁掺杂系数x的逐渐增大,Mg_xZn_(1-x)Se合金的静态介电常数逐渐减小,而其吸收谱则出现明显的蓝移现象.研究结果为Mg_xZn_(1-x)Se合金在光电探测器方面的应用提供了重要的理论指导.     

KSi能带结构及态密度的第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,对KSi的电子结构进行了理论计算,计算表明KSi是一种准直接带隙半导体,禁带宽度为1.42 eV.详细讨论了KSi在费米面附近的价带与导带的电子态密度的结构.     

MgxZn1－xSe合金的电子结构、光学性质和稳定性的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了闪锌矿MgxZn1－xSe合金的稳定性、电子结构和光学性质.研究结果表明,闪锌矿ZnSe和MgxZn1－xSe合金都为直接带隙半导体,MgxZn1－xSe合金的带隙宽度Eg和形成能Eb分别可以由Eg＝1.30＋1.34x和Eb＝－1.48＋0.60x－0.27x2进行估计.同时,MgxZn1－xSe合金的价带顶主要取决于Se 4p 和 Zn 3p态电子的相互作用,而其导带底则主要由Zn 4s、Zn 3p 以及Se 4s态电子共同决定.此外,随着镁掺杂系数x的逐渐增大,MgxZn1－xSe合金的静态介电常数逐渐减小,而其吸收谱则出现明显的蓝移现象.研究结果为MgxZn1－xSe合金在光电探测器方面的应用提供了重要的理论指导.     

Heusler合金Sc_2VZ(Z=C,Si,Ge,Sn,Pb)半金属铁磁性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)第一性原理的投影缀加波方法 (PAW),结合广义梯度近似(GGA),系统研究了Hg2CuTi型Heusler合金Sc2VZ(Z=C,Si,Ge,Sn,Pb)的电子结构和磁性.研究发现Heusler合金Sc2VZ(Z=Si,Ge,Sn,Pb)在平衡晶格常数下表现出半金属铁磁性,其自旋向上态中的带隙宽度分别为0.345,0.354,0.387和0.173eV.计算得到Sc2VZ(Z=Si,Ge,Sn,Pb)的总自旋磁矩均为整数(3.00μB),符合Slater-Pauling规则.分析能带与态密度发现,半金属带隙的产生主要是由于Sc和V原子d态电子之间强烈的杂化作用所致.同时计算结果也表明,在一定程度的晶格常数变化范围内,Sc2VZ(Z=Si,Ge,Sn,Pb)合金仍能保持其半金属性质.     

计算混晶材料电子结构的超原胞统计法

提出了计算赝二元系(A_(1-x)C混晶材料任意组分电子结构的超原胞统计法,接替代格点数n选择超元胞,计算B原子数n_从零到n的所有超原胞电子结构为“样本”,结合以混晶键合性质决定的统计分布确定系统的电子结构,以(Ba_(1-x)K_)BiO_3为例,计算了x=0.2至x=0.5电子结构随组分的变化,结果表明,x>0.5的超元胞是不稳定的,费米面处总态密度TDOS(EF)随x变大而增加,与实验结果一致。