稀土金属Gd/半导体复合材料的电子结构和磁性的第一性原理计算

发布时间：2021-06-20 09:19

　　稀土金属的磁矩来源于局域的4f电子。稀土金属Gd是四个室温铁磁金属之一,居里温度为293 K。局域的4f电子的铁磁排列极化导电的5d和6s电子,导致Gd的实验磁矩值为7.63μB/Gd。稀土金属与半导体的复合材料将在自旋电子学器件上具有潜在的应用价值。本文通过第一性原理计算方法研究了N空位和阴离子掺杂半金属GdN、稀土金属掺杂半导体ZnO和单层MoS₂、Gd/单层MoS₂界面的电子结构和磁性。首先,计算了不同浓度N空位和不同浓度M（M=B、C、O、F、P、S和As）阴离子掺杂GdN的电子结构和磁性。结果表明O掺杂GdN体系是最稳定的。对于O、F、S和N空位掺杂,费米面上移,自旋极化率减小,体系总磁矩增加;对于C和B掺杂,费米面下移,自旋极化率减小,体系总磁矩增加;不同浓度P和As掺杂Gd N时,由于P、As与N原子等价,只是半径大于N原子,体系的总磁矩保持不变,但体系的半金属性消失。其次,计算了稀土元素RE（RE=La、Ce、Pr、Nd和Eu）掺杂ZnO的电子结构和磁性。研究发现Ce掺ZnO是最稳定的。由掺杂体系的自旋差分密度发现RE周围的O... 

【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

GdN的晶体结构图，蓝色代表N原子，青蓝色代表Gd原子

4.98 5.71 5.86 6.22 4.98 5.65 5.78 6.09 发现从 P 到 Bi，Gd 的 4f 的占据带和未占据带都本文的计算定性一致。如果调节 Uf的值使得占的能量值会比实验值小，而如果我们调节 Uf的值态对应的能量值也会比实验值小，这种不一致的的自能修正需要超越 LSDA+U。GdN 的电子结构的影响uan 等[7]采用全势线性缀加平面波加局域轨道方法U=6.7 eV、J=0.7 eV[11]计算了以单胞体积为变量算发现随着 GdN 体积的增加导电特性有一个转变半金属(Semimetal)，最终变为半导体，计算结果

GGA+U (U=9.9 和6.0 eV)方法计算得到的总态密度与实的比较[13]bdelouahe 等[13]用 FLAPW 方法，交换关联泛函作用下的电子结构和结构相变。尽管 GdN 相对物来说是最受关注的材料，但是其能带结构仍然在描述强相关 4f 电子体系时常常失效，近几年DA、LSDA+U、GW 近似来解决这个问题，而交换关联泛函采用 GGA 和 GGA+U，调整 U 和应上，图 1 3 为 GGA 和 GGA+U 计算的总态密实验上还是理论上局域的 4f 分波态密度对应来，用 GGA+U 方法其中 U=9.9 eV、J=1.2 eV 计实验的光电子能谱对应的很好，这与 Larson 等[1TO)及 LDA+U 用的 U、J 值是一样的。Gd 5d 和，有更大的展宽且相对于实验移向更高能量位置


本文编号：3238919