第一性原理方法研究晶格畸变对CoMnZ(Z%3dP、As、Sb)合金半金属性影响.pdfVIP

勤 能 材 料 2010年论文集 合金半金属性的影响。 徐 奔，张 铭 (北京工业大学材料科学与工程学院，北京100024) 摘 要： 利用第一性原理方法对半霍伊斯勒合金 型晶体结构，由4个面心立方格子嵌套构成，在Wyckoff CoMnZ(Z=P、As、Sb)进行了研究。计算表明CoMnZ 具有半金属性，其原胞磁矩为3弘B，符合Slater-Pauling 判据。通过计算C1。结构CoMnZ的电子态密度图，子分别位于A，B和D位，而C位是空位。本文中，我们 对体积变形和四方变形对其半金属性的影响进行了研 究。CoMnP、CoMnAs和CoMnSb分别可以在晶格变究，计算了其电子结构，并重点讨论了CoMnZ中晶格畸 形为一16％～16％、一20％～11％和一32％～O％之间 变和四方畸变对半金属性的影响。 保持半金属性；对于四方变形，CoMnP和CoMnAs分 2 计算方法 另日可以在c／a为0．8～1．2和O．9～1．2之间保持半金 属性，而CoMnSb只有在c／a一1时能够保持半金属本工作基于密度范函理论的第一性原理投影赝势 性。 法[1引，原子核与价电子问作用采用超软赝势[14‘，交换 关键词： 电子结构；磁性能；金属间化合物 关联能采用广义梯度近似(GGA)[1引。为了得到可靠 中图分类号：TGl46 文献标识码：A 结果，计算中截断能取500eV，布里渊区积分采用r点 1 引 言 为4×4×4，总能收敛精度为1×10_6eV／原子。 近年来，自旋电子学得到了快速的发展[1矗]，适用 3结果与讨论 于自选电子器件的的材料也得到了人们极大的关注， 半金属铁磁体由于其电子结构在一侧自旋方向呈金属 3．1 结构优化 性另一侧呈半导体性，具有100％的自旋极化率，可以 利用第一性原理计算，通过几何优化得出铁磁态 作为自旋电子器件中理想的自旋注入源，进而大大提 高自旋电子器件(如磁随机存储器)的性能。1983年， de Groot等人在对NiMnSb进行电子结构计算时，首 次发现了半金属性的存在[3]，NiMnSb是半霍伊斯勒据，而整数原胞磁矩也符合半金属特性[6]。如表1中 合金。目前，半霍伊斯勒合金的磁电性能在理论和实 验中已经被广泛研究[．-9]，合金中产生半金属性的原因 主要由于X、Y位过渡金属原子间的杂化作用产生[5]。反铁磁排列，其原子磁矩分别为一0．26、一0．42和一 半霍伊斯勒类半金属铁磁材料的原胞磁矩符合M= 0．56舢；Z原子表现非常小的诱发磁矩，与Mn原子磁 (Z-18)的Slater-Pauling判据，M为原胞磁矩，Z为原 矩反平行，大小在一0．2pe左右。随着Z原子序数的 胞中价电子总数哺J。 增大，少数自旋方向带隙与半金属带隙均减小。 半霍伊斯勒合金COMnZ(Z=P，As。Sb)具有C1b 表1 Table1The lattice ofthe and mo— equilibriumconstants-bandgaps minorityspinstates-totalpartialmagnetic of ments。HMgapsCoMnZ(Z=P．As，Sb)compounds 平衡晶格 少数自旋方向 原胞磁矩 Co原子磁矩 Mn原子磁矩 Z原子磁矩 丰金属带隙 舍金 常数(nm)带隙宽度(eV) (即) (邶) (阳) (