基于第一性原理研究Al 14 Mn 2 P 16 的力、磁、光性质
发布时间：2021-08-15 16:02
稀磁半导体是将过渡金属元素掺杂到非磁性半导体中而形成的磁性半导体材料。由于同时拥有电子电荷和电子自旋两种自由度,稀磁半导体同时具有半导体和磁性两方面的特性,在新型功能材料中具有重要的应用价值。对于多功能器件,寻找敏感材料并发展有效的诱导和调控手段,使其具有优良的磁性、光学及力学特性是非常重要且具有挑战性的工作。AlP是一种典型的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体。近年来,将过渡金属元素掺杂到AlP中以获得优良磁性性质的研究受到学者广泛关注。基于第一性原理计算,本文将少量Mn原子掺入AlP中形成了稀磁半导体Al14Mn2P16,相比于AlP,Al14Mn2P16具备优良的磁性和光学性质。此外,通过施加单轴应变、双轴应变和静水压力,对Al14Mn2P16的弹性、磁性和光学性质进行了调控,获得了一系列有意义的研究结果。主要研究内容及结果如下:1、研究了无应变状态下Al14Mn2<...
【文章来源】：内蒙古工业大学内蒙古自治区
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Al14Mn2P16在静水压力下的磁矩(a)Al原子的磁矩;(b)Mn原子的磁矩;(c)P原子的磁矩;(d)Al14Mn2P16超晶胞的总磁矩
由图6-8(d)可知,随体积应变的增加,总磁矩整体稳定,体系的总磁矩保持在6.66μB~8.02μB之间,但是在-14.32%与-15.11%时有短暂的急剧下降现象,总磁矩降低约1.3μB。由于整个超晶胞的总磁矩主要由Mn原子贡献,所以总磁矩的变化主要由Mn原子磁矩的变化引起,为了考查磁矩下降的原因,这里对Mn的3d电子态密度进行分析,如图6-9:由图6-9可知,体积应变为-14.32%和-15.11%的3d电子态密度基本一致,与无静水压力下的3d电子态密度相比,整体向低能量方向移动,同时其密度也明显的降低,3d电子密度降低是导致该静水压力下磁矩急剧下降的原因。
基于6.1中静水压力作用下几何优化成功的Al14Mn2P16超晶胞,采用GGA+U方法计算Al14Mn2P16超晶胞在铁磁态下的能带结构,计算参数设置为:交换-关联函数采用GGA-PBE,平面波截断能选取为450 eV,k点设置为4×4×10,其余参数采用Ultra-fine精度的默认设置,能带的计算仍然采用0.853 e V的剪刀算符,得到静水压力下的能带结构见图6-10。图6-10(续)Al14Mn2P16在静水压力下的能带结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]掺Ge锐钛矿相TiO2光学性质的计算[J]. 陈华,张雪峰. 原子与分子物理学报. 2010(04)
[2]BiFeO3及Bi2FeCrO6的电子结构和光学特性[J]. 赵庆勋,温梦仙,王书彪,关丽,刘保亭. 人工晶体学报. 2008(06)
博士论文
[1]基于第一性原理方法设计具有独特光学和磁学性质的低维纳米材料[D]. 成海霞.北京科技大学 2019
[2]高压下几种硫族化合物结构与性质的第一性原理研究[D]. 王友春.吉林大学 2019
[3]低维金属有机化合物磁各向异性的第一性原理研究[D]. 王鹏.大连理工大学 2019
[4]动态加载电阻测量法的建立与硫族化合物的高压相变研究[D]. 程虎.燕山大学 2018
[5]非磁性元素原子掺杂二维AlN的第一性原理研究[D]. 肖刚.湖南大学 2017
[6]高温高压下三种不同晶系材料的结构相变与物性的第一性原理研究[D]. 周平.重庆大学 2014
本文编号：3344858
【文章来源】：内蒙古工业大学内蒙古自治区
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Al14Mn2P16在静水压力下的磁矩(a)Al原子的磁矩;(b)Mn原子的磁矩;(c)P原子的磁矩;(d)Al14Mn2P16超晶胞的总磁矩
由图6-8(d)可知,随体积应变的增加,总磁矩整体稳定,体系的总磁矩保持在6.66μB~8.02μB之间,但是在-14.32%与-15.11%时有短暂的急剧下降现象,总磁矩降低约1.3μB。由于整个超晶胞的总磁矩主要由Mn原子贡献,所以总磁矩的变化主要由Mn原子磁矩的变化引起,为了考查磁矩下降的原因,这里对Mn的3d电子态密度进行分析,如图6-9:由图6-9可知,体积应变为-14.32%和-15.11%的3d电子态密度基本一致,与无静水压力下的3d电子态密度相比,整体向低能量方向移动,同时其密度也明显的降低,3d电子密度降低是导致该静水压力下磁矩急剧下降的原因。
基于6.1中静水压力作用下几何优化成功的Al14Mn2P16超晶胞,采用GGA+U方法计算Al14Mn2P16超晶胞在铁磁态下的能带结构,计算参数设置为:交换-关联函数采用GGA-PBE,平面波截断能选取为450 eV,k点设置为4×4×10,其余参数采用Ultra-fine精度的默认设置,能带的计算仍然采用0.853 e V的剪刀算符,得到静水压力下的能带结构见图6-10。图6-10(续)Al14Mn2P16在静水压力下的能带结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]掺Ge锐钛矿相TiO2光学性质的计算[J]. 陈华,张雪峰. 原子与分子物理学报. 2010(04)
[2]BiFeO3及Bi2FeCrO6的电子结构和光学特性[J]. 赵庆勋,温梦仙,王书彪,关丽,刘保亭. 人工晶体学报. 2008(06)
博士论文
[1]基于第一性原理方法设计具有独特光学和磁学性质的低维纳米材料[D]. 成海霞.北京科技大学 2019
[2]高压下几种硫族化合物结构与性质的第一性原理研究[D]. 王友春.吉林大学 2019
[3]低维金属有机化合物磁各向异性的第一性原理研究[D]. 王鹏.大连理工大学 2019
[4]动态加载电阻测量法的建立与硫族化合物的高压相变研究[D]. 程虎.燕山大学 2018
[5]非磁性元素原子掺杂二维AlN的第一性原理研究[D]. 肖刚.湖南大学 2017
[6]高温高压下三种不同晶系材料的结构相变与物性的第一性原理研究[D]. 周平.重庆大学 2014
本文编号：3344858
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