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VSb块材、表面及界面性质的第一性原理研究

作　者: 祝国振
导　师: 姚凯伦
学　校: 华中科技大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 自旋极化率半金属铁磁体密度泛函理论表面和界面自旋电子器件
分类号: O485
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 37次
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内容摘要

传统的电子元件都是利用了电子的电荷作为信息载体,却忽略了电子的另外一个重要的性质——自旋。基于自旋属性的自旋电子器件(如自旋阀、自旋场效应晶体管等)的实现需要具有高自旋极化率的材料注入到半导体中。半金属铁磁体是有完全的(100%)自旋极化率和较高的居里温度,是最佳的自旋极化注入源。但在实际的自旋电子学器件中,半金属材料的存在形式大都是具有一定厚度的薄膜,换句话说,在自旋电子学器件中真正使用的是半金属薄膜。因此,研究半金属铁磁体的表面性质及界面性质是非常重要的。本文主要利用基于密度泛函理论的材料模拟软件Wien2k和CASTEP对闪锌矿结构的半金属铁磁体VSb的块材、(001)表面和VSb(001)/GaSb(001)界面的电子结构和磁性进行计算。计算结果显示VSb自旋向上的电子的能带是金属性的,而自旋向下电子的能带在费米面附近有一个明显的能隙——1.30eV,从而得知VSb具有半金属铁磁性,具有100%的自旋极化率,并且还得到一个VSb分子的磁矩是2μB。对闪锌矿结构VSb(001)表面的计算表明,由于表面态的存在,以Sb为端面的VSb(001)表面失去了半金属性;而以V为端面的VSb(001)表面保持了块材的半金属性,并且表面层、次表面层和第三层上的原子的态密度与块材的都很相似,另外,我们还发现从第四层向下原子的磁矩与块材的大体相等,而上三层原子的磁矩都发生了改变,比如表面层的V磁矩为2.87μB,比块材大了0.83μB。另外,我们还对VSb(001)/GaSb(001)界面结构进行了计算,发现界面层和顶面层也都保持了很好的半金属性。与块材中的V原子和Sb原子的态密度相比,表面层原子的态密度在形貌和大小上都发生了较大的变化,但界面层和近邻界面层的原子态密度没有太大变化。这说明VSb和GaSb在界面处有很好的成键行为,这对未来的自旋电子器件的设计是很有利的。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
1 绪论  9-16
  1.1 半金属铁磁体的研究背景  9-14
  1.2 闪锌矿结构的半金属的研究进展  14-15
  1.3 本文的工作  15-16
2 闪锌矿结构的半金属铁磁体VSb 的电子结构和磁性研究  16-22
  2.1 闪锌矿结构VSb 的晶体结构  16-17
  2.2 闪锌矿相VSb 的电子结构和磁性研究  17-21
  2.3 本章小结  21-22
3 闪锌矿结构VSb（001）表面的电子结构和磁性研究  22-30
  3.1 闪锌矿结构VSb（001）表面的晶体结构  23
  3.2 几何结构优化  23-24
  3.3 闪锌矿结构VSb（001）表面的电子结构和磁性研究  24-29
  3.4 本章小结  29-30
4 闪锌矿结构半金属VSb的VSb(001)/GaSb(001)界面的电子结构和磁性研究  30-38
  4.1 半导体GaSb 的性质计算  30-31
  4.2 VSb(001)/GaSb(001)界面的晶体结构  31-32
  4.3 几何结构优化  32-34
  4.4 VSb(001)/GaSb(001)界面的电子结构和磁性研究  34-37
  4.5 本章小结  37-38
5 总结与展望  38-40
致谢  40-41
参考文献  41-43
附录硕士期间发表或完成的论文  43

VSb块材、表面及界面性质的第一性原理研究

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