Fe4N-半導(dǎo)體界面的電子結(jié)構(gòu)和磁性的第一性原理研究.pdf

1、自旋電子器件將電子的自旋和電荷屬性實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用，是材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理課題研究的熱點(diǎn)之一。其中，具有高自旋極化率的電極材料是提高自旋器件效率的關(guān)鍵因素。由于具有100％的傳導(dǎo)自旋極化率和767K高的居里溫度，F(xiàn)e4N在磁性隧道結(jié)和自旋注入器件中將具有極大的應(yīng)用價(jià)值。
　　本文利用密度泛函理論計(jì)算了Fe4N/勢壘層(MgO、BaTiO3和BiFeO3)界面的電子結(jié)構(gòu)和磁性；La2/3Sr1/3MnO3與四方相BiFeO3超晶格的磁電耦

2、合效應(yīng)；Fe4N/半導(dǎo)體(Si、Graphene和MoS2)異質(zhì)結(jié)的自旋注入現(xiàn)象以及Fe?X6團(tuán)簇?fù)诫s單層MoS2的電和磁性，為磁性隧道結(jié)和自旋注入的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供理論支持。
　　通過計(jì)算Fe4N/Oxides(MgO、BaTiO3和BiFeO3)界面體系的結(jié)合能、能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度、肖特基勢壘高度、差分和平面差分電荷密度，發(fā)現(xiàn)與FeⅠFeⅡ和(FeⅡ)2N終端接觸的MgO分別呈現(xiàn)出n和p型摻雜；與FeⅠFeⅡ終端接觸的BaTiO3出

3、現(xiàn)金屬性，與(FeⅡ)2N終端接觸的BaO和TiO2分別呈現(xiàn)出p和n型摻雜；與Fe4N接觸的BiFeO3呈現(xiàn)出金屬導(dǎo)電。不同的電子結(jié)構(gòu)和磁性來源于不同的界面成鍵。
　　通過計(jì)算La2/3Sr1/3MnO3與四方相BiFeO3超晶格的解離能、能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度和差分電荷密度，發(fā)現(xiàn)LaO?Fe(OB)2結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，呈現(xiàn)出半金屬性，它的磁電耦合強(qiáng)度強(qiáng)于正交相BiFeO3的復(fù)合結(jié)構(gòu)；Fe(OB)2?SrO、Fe(OB)2?MnO2、BiOA

4、?SrO和BiOA?LaO界面處存在的Fe和Bi的鐵磁有序，表明存在交換偏置現(xiàn)象。
　　通過計(jì)算Fe4N/Si(Graphene)雙層的結(jié)合能、能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度、差分和平面差分電荷密度，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)的Fe4N?Si界面成鍵使得Si出現(xiàn)自旋極化；而弱的FeⅠFeⅡ、N與石墨烯界面相互作用使得石墨烯的費(fèi)米能級相對于狄拉克點(diǎn)均向低能級轉(zhuǎn)移，且后者更大的能量轉(zhuǎn)移來源于石墨烯與N終端之間更大的功函數(shù)差。
　　通過計(jì)算Fe4N(111)/Mo

5、S2(√3×√3)超晶格體系的解離能、能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度、肖特基勢壘高度和差分電荷密度，發(fā)現(xiàn)與FeⅠFeⅡ終端接觸時(shí)，強(qiáng)的Fe?S化學(xué)鍵使得MoS2出現(xiàn)自旋極化，當(dāng)Mo坐落在FeⅠ原子上方的時(shí)候引起的磁矩最大(0.33μВ)；與N終端接觸時(shí)，弱的N?S界面成鍵使得界面處形成p型肖特基勢壘且MoS2帶隙值增大。
　　通過計(jì)算Fe?X6團(tuán)簇?fù)诫s單層MoS2體系的能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度和差分電荷密度，發(fā)現(xiàn)單個(gè)Fe和Fe?F6摻雜使得4×4×1超