第一性原理研究反Heusler合金Ti2RuSn的Y位Rh掺杂效应

本文基于第一性原理计算方法，通过对具有半金属性的反Heusler合金Ti2RuSn的Y位进行多d电子掺杂，来探究其掺杂前后的相关特性及掺杂机理，以便寻求半金属性更稳定的Heusler合金材料，为后续相关理论研究及实验提供一定参考。在掺杂过程中随着Rh元素掺杂浓度的增加，反Heusler合金Ti2RuSn的磁性呈线性增加，由未掺前的2μB增加到全掺时的3μB，同时其半金属性并未受到破坏且其带隙在逐渐变宽。在掺杂浓度为75%时，掺杂体的带隙宽度由未掺前的0.45 eV展宽到0.54 eV，同时费米面被调节到带隙中部靠上位置，这说明化合物Ti2Ru0.75Rh0.75Sn较未掺杂前具有相对稳定的半金属性。为分析掺杂体系的稳定性，我们计算了它们的相对形成能，结果表明，在掺杂浓度范围内，体系的形成能都为负值，并且掺杂浓度越高，其值越低。这说明反Heusler合金Ti2RuSn容易受到掺杂元素Rh的影响，并且大浓度的Rh掺杂可以有效地调节反Heusler合金Ti2RuSn的电子结构及能带结构，得到稳定性更好，使用性能及实用性更高的Heusler合金化合物。     

Mn掺杂对半金属铁磁体Fe_2Si电磁特性的影响

此文用基于密度泛函理论第一性原理的贋势平面波方法,计算了Fe_2Si及Mn掺杂Fe_2Si体系的能带结构、电子态密度和磁学特性,分析了不同位置Mn掺杂对Fe_2Si电磁特性的影响,获得了纯的和不同位置Mn掺杂的Fe_2Si体系是铁磁体,自旋向上的能带结构穿过费米面表现金属特性,纯Fe_2Si的半金属隙为0.164e V;Mn掺杂在Fe1位时,自旋向下部分转变为A-M间的间接带隙半导体,体系呈现半金属特性,此时磁矩为2.00μB,是真正的半金属性铁磁体;掺杂在Fe2位时,自旋向下部分的带隙值接近于0,体系呈现金属特性;掺杂在Fe3位时,自旋向下部分转变为L-L间的直接带隙半导体,体系呈现半金属特性等有益结果 .自旋电荷密度分布图表明Mn原子的3d电子比较局域,和周围原子成键时3d电子更倾向于形成共价键.体系的半金属性和磁性主要来源于Fe-3d电子与Mn-3d电子之间的d-d交换,Si-3p电子与Fe、Mn-3d电子之间的p-d杂化.这些结果为半金属铁磁体Fe_2Si的电磁调控提供了有效的理论指导.     

Cr掺杂BaTiO3中的高自旋极化半金属态

具有高自旋极化率的半金属材料是一类极具应用前景的自旋电子材料.立方BaCrO3具有非常稳定的半金属性,而四方BaTiO3则是一种多功能绝缘体.因此,本研究采用基于密度泛函的第一性原理方法,探究BaTi1-xCrxO3(x=0,0.125,0.25,0.5,0.75,1)体系中Cr、Ti互掺导致的晶体结构和电子结构的变化.研究表明,Cr离子的掺杂会使体系发生四方相到立方相结构相变;同时,受Cr-Ti轨道杂化的影响,体系存在绝缘态-半金属态转变.此外,Cr掺杂调控了体系的磁性,掺入的Cr离子表现为+4价态,提供2μB的局域磁矩.最后,本文构建了d-p杂化分子轨道模型,基本解释了体系半金属性的产生机制.本研究预测了BaTi1-xCrxO3体系中丰富的物理性质,为其在自旋电子器件方面的应用提供了理论指导.     

过渡金属 X（ X=Cr、Mn、Fe、Tc、Re ）掺杂Janus Ga2SSe 的第一性原理研究

利用密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法，研究过渡金属X(X=Cr、Mn、Fe、Tc、Re)原子掺杂Janus Ga₂SSe的磁性、电子性质及光学性质.研究表明：过渡金属掺杂Janus Ga₂SSe体系在Chalcogen-rich条件下有着比Ga-rich条件下更好的稳定性.其中Mn掺杂体系形成能在两种条件下皆为最低.本征Ga₂SSe是具有2.02 eV带隙的间接带隙半导体，在紫外区域有着很好的光伏吸收能力.与本征Ga₂SSe相比，Cr掺杂体系自旋向上通道出现杂质能级，自旋向上与向下通道不对称，呈磁矩为2.797μ_B铁磁性半金属. Mn掺杂体系在其自旋向上通道产生的杂质能级，呈磁矩为3.645μ_B的磁性P型半导体. Fe掺杂体系自旋向下通道产生的杂质能级，呈磁矩为3.748μ_B磁性P型半导体.在Tc与Re掺杂后，带隙皆由间接变直接带隙，呈无磁性的P型半导体.从光学性质来看，各掺杂体系与未掺杂Ga₂SSe在介电...     

Ti_3AC_2相(A=Si,Sn,Al,Ge)电子结构、弹性性质的第一性原理研究

采用第一性原理的密度泛函理论平面波赝势法,通过广义梯度近似研究了Ti_3AC_2相(A=Si,Sn,Al,Ge)的相结构、能量、电子结构和弹性性质.首先对六方晶相结构的Ti_3AC_2(A=Si,Sn,Al,Ge)四个相进行几何优化,对其能带结构、总态密度、分态密度和电荷密度分布以及弹性性质进行研究,并计算各相的内聚能与形成能.计算结果表明:Ti_3GeC_2较其他三相稳定,Ti_3AlC_2的形成能最低,说明Ti_3AlC_2较Ti_3SiC_2,Ti_3SnC_2和Ti_3GeC_2更易生成;Ti_3AC_2(A=Si,Sn,Al,Ge)各相在费米能级处的电子态密度较高,材料表现出较强的金属性,同时各相的导电性为各向异性.Ti_3AC_2(A=Si,Sn,Al,Ge)各相的导电性主要由Ti的3d电子决定,A(A=Si,Sn,Al,Ge)的p态电子和C的2p态电子也有少量贡献.决定材料电学性质的主要是Ti的3d,A的P和C的2P态电子的P-d电子轨道杂化,而P-d电子轨道杂化成键则使材料具有比较稳定的结构;对Ti_3AC_2相(A=Si,Sn,Al,Ge)弹性性质的研究表明Ti_3AlC_2的原子间结合力较弱,而Ti_3GeC_2的原子间结合力相对较强,材料的强度较大.     

系列CoMnZnZ四元Heusler化合物的结构和半金属铁磁性

通过第一原理计算理论预测了CoMnZnZ (Z=Si, Ge, Sn, Pb)系列Heusler合金的弹性常数、电子结构和磁性,并根据弹性常数计算得到弹性模量等参量,计算了该系列化合物声速和德拜温度.计算采用全势线性缀加平面波方法,交换相关函数采用基于Perdew-Burke-Ernzerhof的广义梯度近似泛函.弹性模量结果表明晶体呈现韧性特征;承受剪切的性能弱于承受单轴压缩的性能;结构组成具有较低的各向异性性能.电子结构的计算显示CoMnZnZ (Z=Si, Ge, Sn)三个化合物属于半金属铁磁体,但是CoMnZnPb化合物并不显示半金属特性. CoMnZnZ (Z=Si, Ge, Sn)三个化合物的磁矩通过Slater-Pauling法则进行计算得到的量值与第一原理计算得到的完全一致,遵从总的价电子数减去28的Slater-Pauling法则,三个化合物磁矩为整数且自旋极化率为100%.利用轨道杂化理论解释了此系列化合物半金属性的根源.     

Ⅳ族FCC晶体基态结构和电子性质第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,在广义梯度近似下,计算了Ⅳ族元素晶体的面心立方结构和电子性质.结果表明:Ⅳ族元素晶体的面心立方结构均可存在,面心立方结构Ge晶体的结合能最大,结构最稳定;面心立方结构C、Si、Ge和Sn的晶格常数分别为0.3509nm、0.4322nm、0.4225nm、0.4903nm,不随原子序数的增加而单调增加,是由面心立方锗晶体比面心立方硅晶体中电子云交叠小,产生的排斥较弱所导致的;面心立方结构C晶体是间接能隙为6.5e V的宽禁带半导体,面心立方结构Si晶体的导带和价带存在较小的交叠而呈现出半金属性,面心立方结构Ge和Sn的电子结构相似均表现为金属性,Ⅳ族元素面心立方结构晶体的电学性质由宽禁带半导体向金属转变.     

反Heusler合金Ti_2Ru_(1-x)Fe_xSn半金属磁性的第一性原理研究

本文基于第一性原理,通过对反Heusler合金Ti_2RuSn的Y位进行Fe元素掺杂,来探究其掺杂前后的相关特性及掺杂机理,以便寻求半金属性更稳定的Heusler合金材料,为后续相关理论研究及实验提供一定参考.在掺杂过程中随着Fe元素掺杂浓度的增加,反Heusler合金Ti_2RuSn的半金属性并未受到破坏,其带隙反而随掺杂浓度逐渐变宽,从未掺前的0.451 eV展宽到了全掺杂的0.711 eV.为分析掺杂体系的稳定性,我们计算了它们相对于理想反Heusler合金Ti_2RuSn块体的形成能,结果表明,对反Heusler合金Ti_2RuSn的Y位进行Fe元素掺杂可以展宽其带隙,并且掺杂浓度越低,体系相对较容易形成.     

Cr含量对ZB型半金属铁磁体CrxZn1-xSe磁电性能的影响

使用基于密度泛函理论的第一性原理方法,优化了闪锌矿结构的CrxZn1-xSe (x = 0.000,0.125,0.250和0.375)的2×2×2超胞的几何结构,计算了其自旋极化的态密度和能带结构、离子磁矩、电荷分布等磁电性能,详细分析了Cr含量对CrxZn1-xSe磁电性能的影响。结果表明,Cr掺杂后ZB型ZnSe具有明显的半金属特性;当x=0.125, 0.250和0.375时,CrxZn1-xSe均有较宽的半金属带隙,从而可能具有较高的居里温度;当x=0.125时,CrxZn1-xSe的半金属性最稳定;x=0.125, 0.250和0.375时,CrxZn1-xSe的超胞磁矩分别为整数磁矩4.0, 8.0和12.0 µB,而具有整数磁矩是半金属铁磁体非常重要的特征之一。CrxZn1-xSe的半金属性和磁性主要来源于Cr离子的自旋极化,Cr离子的电子结构为Cr e2g↑e1g↓t2g3↑。     

Mn掺杂GaN稀磁半导体的电磁特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法计算了不同浓度Mn掺杂GaN(Ga1-xMnxN,x=0.0625和0.1250)的晶格常数、能带结构和态密度,分析比较了掺杂前后GaN的电子结构和磁性.结果表明:Mn掺入后体系仍为直接带隙半导体,带隙宽度随Mn含量的增加逐步增大.Mn掺杂GaN均使得N2p与Mn3d轨道杂化,产生自旋极化杂质带,自旋向上的能带占据费米面,掺杂后的Ga1-xMnxN表现为半金属铁磁性,适合自旋注入;随着Mn掺杂浓度的增加,体系的半金属性有所增强.     

层数变化对堆叠生长的MoS_(2(1-x))Se_(2x)电子结构的影响

二维过渡金属硫化物因其独特的光电特性在多功能光电器件方面具有广泛的应用前景.为了进一步拓展其在微纳光电子器件方面的应用范围,并提高器件性能,人们开展了通过合金手段改变端组分材料配比实现对二维半导体材料带隙调控的带隙工程以及调控生长条件改变材料形貌和结构的缺陷工程研究.本文利用光学、原子力和扫描电子显微镜等设备以及拉曼和光致发光光谱等手段对由化学气相沉积法生长出来的堆叠状MoS_(2(1-x))Se_(2x)合金的性质进行了研究.不同于大多数单层或少层MoS_(2(1-x))Se_(2x)合金的情况,堆叠生长的阶梯状MoS_(2(1-x))Se_(2x)合金材料在厚度从2.2 nm (约3层)一直增加到5.6 nm (约7层)时都显出了较强的发光特性,甚至在100 nm厚时,样品的发光谱线仍具有两个发光峰.两个激子发光峰分别来源于自旋轨道耦合造成的价带劈裂.随着厚度的增加,两个峰都逐渐红移,显示了合金掺杂时的能带弯曲效应.拉曼光谱给出了类MoS_2和类MoSe_2两套振动模.随着厚度的增加,拉曼峰位几乎不移动,但面内的两个振动模E_(2g(Mo-Se))和E_(2g(Mo-s))逐渐显现并增强.显然缺陷和应力是影响堆叠生长MoS_(2(1-x))Se_(2x)合金样品电子结构的主要因素,这为特殊功能器件的制备和可控缺陷工程的研究提供了有益的参考.     

Electronic structure of the BaA1-xBxO3 (A, B = Pb, Bi, Sn, Sb) alloy systems Implications for superconductivity

Coherent potential approximation studies of the electronic structure of the BaA_1-xB_xO₃ (where A and B are different combinations of the elements Pb, Bi, Sn and Sb) alloy systems have been performed with accurate tight-binding hamiltonians. The calculations show how semiconducting BaSnO₃ evolves into a metal upon alloying with Sb or Bi. Common characteristics of the densities of states are pointed out. Using the rigid muffin-tin approximation an analysis of the superconducting properties is given.     

Ca~(2+)掺杂对SmFeO_3的介电、铁磁特性及磁相变温度的影响

采用固相反应法制备Sm_(1-x)Ca_xFeO_3(x=0,0.1,0.2,0.3)样品,研究Ca~(2+)掺杂对SmFeO_3介电性能、铁磁性及磁相变温度的影响.X射线衍射图谱分析表明:所有样品的主衍射峰与SmFe03相符合且具有良好的晶体结构.随着x的增加,SmFeO_3样品的晶粒尺寸由原来的0.5μm逐渐增大到2μm.当f=1 kHz时,Sm_(1-x)Ca_xFeO_3(x=0.1,0.2,0.3)样品的ε_r分别是SmFe03的5倍、3倍和2.6倍,而tgσ增大一个数量级.在3T磁场作用下,SmFe03样品的M-H呈线性,随着x的增加,M-H逐渐趋向饱和,Sm_(1-x)Ca_xFeO_3(x=0.1,0.2,0.3)样品的M_r分别是SmFeO_3的20倍、31倍和68倍.X射线光电子能谱分析表明:Fe~(2+)和Fe3+共存于Sm_(1-x)Ca_xFeO_3样品中,Fe~(2+)/Fe~(3+)比例随着x的增加而增大,证明Ca~(2+)掺杂增加了Fe~(2+)的含量,形成Fe~(2+)—O~(2-)—Fe~(3+)超交换作用,增强SmFe03的铁磁特性.测量了Sm_(1-x)Ca_xFeO_3样品在外加磁场为1000 Oe(1 Oe=79.5775 A/m)的M-T变化关系,观测到其自旋重组温度(T_(SR))和尼尔温度(T_N)分别为438 K和687 K,发现SmFe03样品的T_(SR)和T_N均随着x的增加向低温方向移动,当x=0.3时,自旋重组现象消失.这主要是SmFeO_3样品磁结构的稳定性和Fe~(3+)—O~(2-)—Fe~(3+)及Sm~(3+)—O~(2-)—Fe~(3+)超交换三者共同作用的结果.     

Field-induced spin-flip and spin-flip transitions in PrGa2

A detailed neutron diffraction study of a single crystal of hexagonal PrGa₂ under an applied field is presented. The field is applied along the easy [100] direction of the hexagonal plane. The compound exhibits several field-induced magnetic structures and, in particular, an uncompensated long period commensurate antiphase structure defined by the propagation vector (4/27, 4/27, 0) at zero field and below T_t = 3.5 K. Concerning the intermediate magnetic structures below T_t, two types of magnetic phase transitions are observed: a spin-flip transition where one moment per magnetic cell turns over, and a spin-slip transition from the low field commensurate propagation vector (4/27, 4/27, 0) to another commensurate vector (1/7, 1/7, 0). Between T_t and T_N = 7.2 K, the structure becomes apmlitude-modulated with a propagation vector (0.148, 0.148, 0.023). Important and original magnetic domain effects are also observed due to the high degeneracy of the easy direction of the hexagonal plane in both T<T_t and T_t<T<T_N regions.     

Ti$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;B$lt;sub$gt;$lt;i$gt;n$lt;/i$gt;$lt;/sub$gt;($lt;i$gt;n$lt;/i$gt;=1–10)团簇的结构与稳定性:基于从头算的研究

采用密度泛函理论中的B3LYP方法, 结合从头算的CCSD(T)方法对Ti₂B_n(n=1–10)团簇的稳定性和电子性质进行了研究. 发现两个Ti原子的掺杂导致B_n团簇结构发生了根本性变化. 随着n的增大, Ti₂B_n团簇结构生长非常规律. 所有的最稳定结构都可看成双锥结构, 并且两个Ti原子处在双锥结构的锥顶. 根据二阶差分能量分析, 得出Ti₂B_n(n=1–10)团簇的幻数是6, 7和8. 进一步分析了团簇的Ti原子解离能、B原子解离能以及团簇的电子亲和势和电离势. 这些能量分析表明Ti₂B₆团簇既有良好的热力学稳定性, 又有良好的动力学稳定性. 应用前线轨道理论, 对Ti原子与B₆之间的成键进行了分析, 了解其稳定性的根源. 关键词： 2B_n团簇')" href="#">Ti₂B_n团簇 稳定性 从头计算 电子结构     

Dy,Co共掺杂对BiFeO3陶瓷磁特性和磁相变温度Tc的影响

采用快速液相烧结法制备BiFeO₃和Bi_0.95Dy_0.05Fe_1-xCo_xO₃ (x=0, 0.05, 0.1, 0.15)陶瓷样品. 实验结果表明: 所有样品的主衍射峰与纯相BiFeO₃相符合且具有良好的晶体结构, 随着Co³⁺掺杂量的增大, Bi_0.95Dy_0.05Fe_1-xCo_xO₃样品的主 衍射峰由双峰(104)与(110)逐渐重叠为单峰(110), 当掺杂量x>0.05时, 样品呈现正方晶系结构; SEM形貌分析可知: Dy³⁺, Co³⁺共掺杂使BiFeO₃晶粒尺度由原来的3—5 μ减小到约1 μ. 室温下, BiFeO₃样品表现出较弱的铁磁性, 随着Dy³⁺和Co³⁺掺杂, BiFeO₃样品的铁磁性显著提高. 在外加磁场为30 kOe的作用下, Bi_0.95Dy_0.05Fe_1-xCo_xO₃ (x=0.05, 0.1, 0.15)的M_r分别为0.43, 0.489, 0.973 emu/g; M_S分别为0.77, 1.65, 3.08 emu/g. BiFeO₃和Bi_0.95Dy_0.05Fe_1-xCo_xO₃样品磁矩M随着温度T的升高而逐渐减小, Dy掺杂使BiFeO₃样品的T_N由644 K升高到648 K, 而T_C基本没有变化. Dy和Co共掺杂导致BiFeO₃样品磁相变温度T_C由870 K降低到780 K, 其T_C变化主要取决于Fe-O-Fe反铁磁超交换作用的强弱和磁结构的相对稳定性. 关键词： 铁磁电材料 磁滞回线 磁相变温度     

Anomalous magnetic behavior of the Co0.53Ga0.47 spin glass above the freezing temperature

We present here the detailed analysis of the magnetic behavior of the Co_0.53Ga_0.47 alloy, especially at temperatures above the freezing temperature T_f = 10 K. Low field static magnetization measurements were performed by using the SQUID magnetometer in the temperature range 5–65 K and magnetic fields up to 100 Oe. The temperature dependence of the field cooled susceptibility π_FC(T) at T > T_f has an anomaly, which is displayed in the double change of the curvature near T_s = 24 K. The data of magnetization M_FC in an external field H lie on a universal curve M_FC(H/T) at temperatures T_f < T < T_s. The plots of π^-1_FC(T) and non-linear magnetic susceptibility π^nl_FC(T^-3) are linear lines in the temperature range T_f−T_s. The strong deviation of π^-1_FC(T) and π^nl_FC(T^-3) from straight line, taking place at T T_s, indicates that T_s is an upper temperature limit of the classical superparamagnetic behavior with the constant cluster moment. The results suggest that such phenomena may be fairly universal for spin glasses.     

Magnetic order in M2Mo3O8 single crystals (M = Mn, Fe, Co, Ni)

Magnetic measurements on hexagonal single crystals of M₂Mo₃O₈ (M = Mn, Fe, Co and Ni) are reported. The Mn compound orders ferrimagnetically at T_c = 41.5 K; the Fe and Co compounds antiferrimagnetically at T_N = 59.5 K and 40.8 K, respectively. No magnetic ordering was found in the Ni compound down to 2 K. All the compounds showed strong magnetic anisotropy when ordered, the results indicating that the magnetic spins' preferred orientation is along the hexagonal axis. Mn₂Mo₃O₈ shows a temperature dependence of the spontaneous magnetization in the ferrimagnetic regime which is rarely observed: as T → 0, M_s → 0.     

Temperature dependence of the critical current in YBa2Cu3O7−δ and Bi2Sr2Ca1Cu2O8 Josephson junctions

We have studied the stationary Josephson effect on YBa₂Cu₃O_7−δ (T_c=90 K) and Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂ O₈ (T_c=80 K and 87 K for two samples of different origin) ceramic based junctions. The temperature dependence of the critical current near T_c has been found as I_c≈(T_c-T) for the Y-Ba-Cu-O samples indicating that they should be classified as S-N-I-N-S type junctions. The I-V curves of the Bi-Sr-Ca-Cu samples show the typical behaviour of S-I-S structures. Using Ambegaokar-Baratoff's theory for Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O₈, the temperature dependence of the superconducting state gap Δ(T) was calculated and it was evaluated that 1.452Δ(0)/k_BT_c3.5.     

Temperature dependence of induced magnetic anisotropy in metallic glasses (Fe1 − xCox)78Si10B12

The variations of induced magnetic anisotropy with annealing and measuring temperatures in metallic glasses (Fe_{1 − x}Co_x)₇₈Si₁₀B₁₂ have been measured. It was found that K_u (T) was proportional to Mⁿ_s (T) for T below 200°C, and the index n varied with the cobalt content x and annealing conditions, not being smaller than 3. To the predictions of the existing pair-ordering and single-ion theories, the above results are anomalous. By considering the distributions of exchange integrals and activation energies in metallic glasses, this anomalous behaviour could be explained properly.