5d原子摻雜AlN單層的結(jié)構(gòu)、磁性及自旋軌道耦合效應(yīng).pdf

1、近年來，新型材料層出不窮，六方氮化硼單層、氮化硼納米管、碳納米管、石墨烯等作為低維材料中的代表，在自旋電子學(xué)、納米電子器件等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，針對(duì)低維體系和III-V族半導(dǎo)體化合物進(jìn)行一種或多種元素的摻雜也成為研究熱點(diǎn)問題。
　　本文采用第一性原理計(jì)算方法，對(duì)Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg這九種5d金屬原子摻雜AlN超胞的幾何結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、磁性性質(zhì)、交換常數(shù)和自旋軌道耦合效應(yīng)進(jìn)行了研究分析。

2、　　通過研究發(fā)現(xiàn)，第一，Ta、W、Re、Os這四種5d原子取代Al原子后AlN單層形變較小，其他原子摻雜后體系形變較大，而且形變大小與摻雜濃度有關(guān)。第二，對(duì)于所有的模型結(jié)構(gòu)，Ta、Ir摻雜時(shí)DOS均沒有出現(xiàn)自旋劈裂，無磁矩， Pt、Au、Hg摻雜只有在2×2超胞中DOS沒有出現(xiàn)自旋劈裂，而Hf、W、Re、Os摻雜對(duì)于所有模型結(jié)構(gòu)DOS均出現(xiàn)自旋劈裂，有磁矩。第三，不同摻雜體系的總磁矩不同，在各種單層AlN模型結(jié)構(gòu)中，Ta、Ir的總磁矩均

3、為0，Re的總磁矩均為2μB，摻雜體系有明顯的雜質(zhì)能級(jí)。第四，對(duì)計(jì)算中總磁矩不為0體系的交換常數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，發(fā)現(xiàn)Hf、Re、Pt、Au摻雜在4×8超胞，Hg摻雜在3×6超胞，W、Os摻雜在2×4超胞中交換常數(shù)最大，分別為-187.2563 meV、286.2320 meV、-48.0637 meV、-61.7889 meV、-20.4487 meV、-45.8162 meV和-43.7026 meV。其中，W摻雜交換常數(shù)隨著摻雜濃度的降

4、低而不斷減小，從-45.8162 meV變?yōu)?0.0049 meV，鐵磁態(tài)的能量低于反鐵磁態(tài)的能量，說明鐵磁態(tài)更穩(wěn)定。第五，在對(duì)4×4超胞磁各向異性計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，Re摻雜的磁各項(xiàng)異性最大為13.366meV，z軸方向能量大于x軸方向能量，說明自旋平行于平面時(shí)更穩(wěn)定；其次為Au、W、Os摻雜，分別為3.375meV、1.930meV、1.197meV；Hg摻雜磁各項(xiàng)異性為0.108meV；Hf摻雜和 Pt摻雜結(jié)果分別為-0.012meV和-