二元半金屬鐵磁體結(jié)構(gòu)相變與磁相變的第一性原理研究.pdf

1、近年來(lái)，新興學(xué)科半導(dǎo)體自旋電子學(xué)的發(fā)展使人們對(duì)電子自旋屬性的利用越來(lái)越關(guān)注。相比傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件，自旋電子器件擁有體積小、能耗低、速度快等優(yōu)點(diǎn)，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。半金屬鐵磁體是制備自旋電子器件的重要材料之一，因此也成為了凝聚態(tài)物理和材料物理的研究熱點(diǎn)。
　　自1983年半金屬鐵磁體的首次發(fā)現(xiàn)以來(lái)，很多化合物也被證明具有半金屬鐵磁性。半金屬鐵磁體獨(dú)特的電子性質(zhì)激勵(lì)了大量科研人員尋找具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的二元半金屬鐵磁體。同時(shí)，具有足夠大的

2、磁矩、寬半金屬帶隙、高居里溫度以及在晶格形變或者與相應(yīng)半導(dǎo)體晶格常數(shù)不匹配的情況下還具有良好的穩(wěn)定性等都是半金屬鐵磁體在實(shí)際應(yīng)用中的需要。
　　高壓效應(yīng)是人們認(rèn)識(shí)物質(zhì)本質(zhì)的一種重要途徑，在加壓過(guò)程中，晶體可能發(fā)生結(jié)構(gòu)相變和磁相變。由于晶體的結(jié)構(gòu)和晶胞的體積決定了電子能帶的分布，壓強(qiáng)又可以控制這兩個(gè)關(guān)鍵因素，因此對(duì)半金屬鐵磁體進(jìn)行加壓研究對(duì)理解其基本性質(zhì)、分析其成因非常有幫助。
　　本工作采用密度泛函理論對(duì)兩種3d化合物（Mn

3、Sn和MnSb）和兩種sp化合物（SrC和SrN）高壓下的行為進(jìn)行了研究。文章選取巖鹽(B1)、氯化銫(B2)、閃鋅礦(B3)和鎳砷(B81)四種結(jié)構(gòu)作為初始相，對(duì)四種物質(zhì)在加壓過(guò)程中的晶體結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)與磁學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。計(jì)算結(jié)果表明所選四種化合物在加壓過(guò)程中均發(fā)生結(jié)構(gòu)相變和磁相變:
　　(1) MnSn:FM B8114GPa→FM B2145GPa→PM B2;
　　(2) MnSb: FM B8123GPa→PM

4、B2;
　　(3) SrC: FM B14GPa→PM B2;
　　(4) SrN: FM B114GPa→FM B2345GPa→PM B2。
　　文章還通過(guò)聲子能帶、聲子態(tài)密度和彈性勁度常數(shù)來(lái)探究晶格的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性與力學(xué)穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)對(duì)四種化合物各性質(zhì)隨壓強(qiáng)變化的嚴(yán)格計(jì)算，得出以下結(jié)論:
　　1.常壓下，3d化合物B81結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，sp化合物B1結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定;高壓條件下，四種物質(zhì)均傾向相變成B2結(jié)構(gòu)。
　　

5、2.結(jié)構(gòu)相變總是伴隨體積的塌縮，磁相變沒(méi)有。體積是影響體系磁性和電子結(jié)構(gòu)的決定性因素。
　　3.3d化合物的磁矩主要來(lái)自3d態(tài)的自旋劈裂，磁相變主要由于陽(yáng)離子d態(tài)能帶展寬。sp化合物2p態(tài)的自旋劈裂以及陰離子p態(tài)能帶展寬是磁性和相變的主要原因。
　　4.常壓下SrC和SrN具有很強(qiáng)的半金屬性，MnSn和MnSb不是半金屬鐵磁體。MnSn和SrN隨加壓發(fā)生結(jié)構(gòu)相變后仍然保持鐵磁性，繼續(xù)加壓，在較高壓強(qiáng)下發(fā)生鐵磁相到順磁相的轉(zhuǎn)變