表面活性剂和n型载流子对钴掺杂氧化锌薄膜铁磁性的双重调控

本文提出了一种利用表面活性剂钝化和电子载流子掺杂来调制钴掺杂氧化锌稀磁半导体薄膜固有铁磁性的"双重操纵效应"新方法.第一性原理计算表明,氢表面钝化作为薄膜表面Co-O-Co磁耦合的磁开关,可以控制掺杂钴原子的自旋极化.同时,电子载流子掺杂可以进一步用作类层状铁磁性媒介来调节薄膜内部原子层的铁磁性.该双重操纵效应揭示了n型钴掺杂氧化锌稀磁半导体薄膜的本质铁磁性来源,并且还有可能用作其他n型稀磁半导体氧化物薄膜增强铁磁性的替代策略.     

表面活性剂和n型载流子对钴掺杂氧化锌薄膜铁磁性的双重调控（英文）

本文提出了一种利用表面活性剂钝化和电子载流子掺杂来调制钴掺杂氧化锌稀磁半导体薄膜固有铁磁性的"双重操纵效应"新方法.第一性原理计算表明,氢表面钝化作为薄膜表面Co-O-Co磁耦合的磁开关,可以控制掺杂钴原子的自旋极化.同时,电子载流子掺杂可以进一步用作类层状铁磁性媒介来调节薄膜内部原子层的铁磁性.该双重操纵效应揭示了n型钴掺杂氧化锌稀磁半导体薄膜的本质铁磁性来源,并且还有可能用作其他n型稀磁半导体氧化物薄膜增强铁磁性的替代策略.     

Co和Cr掺杂对层状钙钛矿锰氧化物La1.2Sr1.8Mn2O7磁性的影响

研究了层状钙钛矿锰氧化物La_1.2Sr_1.8Mn₂O₇中Mn被Co和Cr替代对磁性能的影响.Co替代Mn后,长程铁磁序被破坏,铁磁性减弱,出现团簇玻璃态和自旋玻璃态,表明Co离子和Mn离子之间不存在双交换作用.而Mn被Cr替代后长程铁磁序仍然保持,证实Cr³⁺和Mn³⁺之间存在铁磁性交换作用. 关键词：     

非传统超导PuRhGa_5晶体结构和电子性质的第一性原理研究北大核心CSCD

本文基于第一性原理的局域自旋密度近似(LSDA:Local spin density approximation)及LSDA+U方法报道了Pu基超导体系PuRhGa_5的晶格参数,原子占位和电子性质.LSDA+U方法不仅考虑了Pu-5f电子而且考虑了Rh-4d电子的库伦排斥作用U和Hund交换相关作用J.计算结果表明,PuRhGa_5的铁磁性具有较低能量,且晶格参数和原子占位与相关理论和实验数据吻合较好.对比PuRhGa_5的顺磁性和铁磁性态密度,表明Pu-5f电子具有明显的自旋极化现象和强的自旋-轨道耦合效应.与此同时,Pu-5f电子在费米能级处陡降且具有强定域特点可能是导致PuRhGa_5具有较低临界转变温度Tc的重要原因.此外,费米能级两侧电子的定域特征及耦合关联效应可能是导致PuRhGa_5具有超导性的关键.     

Cr掺杂BaTiO_3几何结构、电子结构和磁性的第一性原理研究

采用基于密度泛函的第一性原理平面波赝势方法以及广义梯度近似+U(GGA+U)方法,计算了钙钛矿结构四方相BaTiO_3晶体结构、电子结构以及Cr掺杂对体系磁性的影响.研究表明,Cr离子的掺杂会使BaTiO_3的晶格参数和晶胞体积减小,使结构逐渐从四方相的BaTiO_3向立方相的BaCrO3演化;能带和态密度的计算结果显示掺杂剧烈影响体系的电子结构,体系基态逐渐由绝缘态变为半金属态.同时,掺杂调控了体系的磁性.Cr离子在掺杂后为+4价,具有2μB的局域磁矩,可使体系具有磁性.结果预测了Cr掺杂对BaTiO_3改性的有效性,拓宽了BaTiO_3在自旋电子器件方面的应用.     

应变作用下EuTiO_3材料磁性的格林函数理论研究

基于自旋波和格林函数理论,研究了低温下二维应变诱导的EuTiO_3在铁电四方相下的磁性性质,主要讨论了在铁电四方相下Eu离子在铁磁性和反铁磁性有序时系统沿不同高对称性方向的自旋波散射和磁化.我们发现施加外加应变不仅可改变晶格结构的对称性,还可以通过改变电子自旋之间的交换耦合作用,进而改变该材料的磁性散射和磁化等.     

非传统超导PuRhGa_5晶体结构和电子性质的第一性原理研究

本文基于第一性原理的局域自旋密度近似(LSDA:Local spin density approximation)及LSDA+U方法报道了Pu基超导体系PuRhGa_5的晶格参数,原子占位和电子性质.LSDA+U方法不仅考虑了Pu-5f电子而且考虑了Rh-4d电子的库伦排斥作用U和Hund交换相关作用J.计算结果表明,PuRhGa_5的铁磁性具有较低能量,且晶格参数和原子占位与相关理论和实验数据吻合较好.对比PuRhGa_5的顺磁性和铁磁性态密度,表明Pu-5f电子具有明显的自旋极化现象和强的自旋-轨道耦合效应.与此同时,Pu-5f电子在费米能级处陡降且具有强定域特点可能是导致PuRhGa_5具有较低临界转变温度Tc的重要原因.此外,费米能级两侧电子的定域特征及耦合关联效应可能是导致PuRhGa_5具有超导性的关键.     

La$lt;sub$gt;0.4$lt;/sub$gt;Ca$lt;sub$gt;0.6$lt;/sub$gt;MnO$lt;sub$gt;3$lt;/sub$gt;中Mn-位Fe和Cr掺杂对磁性质的影响

研究了Fe和Cr掺杂对La_0.4Ca_0.6MnO₃ 中电荷有序反铁磁基态的调控作用. 磁性质的测量结果表明, 两种离子掺杂均能有效抑制原型样品中的长程电荷有序相, 但是Fe离子掺杂样品均具有反铁磁的基态, 而Cr掺杂样品中则出现了显著的铁磁性. 结合电输运测量结果显示, Cr掺杂引起的铁磁态同时具有金属性, 表明其中是电子双交换作用占主导. 对比两种掺杂离子的电子结构发现, Cr离子空的e_g电子轨道促进了电子双交换作用, 而Fe掺杂则只是引入了不同的自旋交换作用, 导致自旋无序. 关键词： 磁性氧化物 反铁磁     

过渡金属原子掺杂的锯齿型磷烯纳米带的磁电子学特性

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了掺杂铁、钴和镍原子的锯齿型磷烯纳米带(ZPNR)的磁电子学特性.研究表明,掺杂和未掺杂ZPNR的结构都是稳定的.当处于非磁态时,未掺杂和掺杂钴原子的ZPNR为半导体,而掺杂铁或者镍原子的ZPNR为金属.自旋极化计算表明,未掺杂和掺杂钴原子的ZPNR无磁性,而掺杂铁或者镍原子的ZPNR有磁性,但只能表现出铁磁性.处于铁磁态时,掺杂铁原子的ZPNR为磁性半导体,而掺杂镍原子的ZPNR为磁性半金属.掺杂铁或者镍原子的ZPNR的磁性主要由杂质原子贡献,产生磁性的原因则是在ZPNR中存在未配对电子.掺杂位置对ZPNR的磁电子学特性有一定的影响.该研究对于发展基于磷烯纳米带的纳米电子器件具有重要意义.     

钙钛矿型氧化物非常规铁电研究进展

钙钛矿型氧化物因具有丰富的磁性、铁电、力学和光学等诸多功能属性,在电子信息通信材料器件领域中有广阔的应用前景.在各种物理性质之中,铁电极化因其产生机制多样,并能与磁性和晶格应变相互耦合形成多铁性等特点,近十多年来一直被作为凝聚态物理研究的国际热点问题.与以自发极化作为初级序参量的常规铁电材料不同,非常规铁电材料中的铁电极化是被其他的序参量诱导而产生的.本综述围绕无机钙钛矿型氧化物非常规铁电体的研究进展进行了总结.回顾了该体系经典唯象理论和原子尺度的微观模型,有序排列的人工钙钛矿超晶格型结构,以及稀土正铁氧体单晶的反铁磁畴壁结构中非常规铁电的极化强度大小及其诱导机制,为系统理解非常规铁电提供了理论途径.     

复杂氧化物中电子相分离的量子调控

复杂氧化物可以呈现出高温超导、庞磁阻以及多铁效应等诸多新奇的物理现象.这类材料中的电荷/自旋/轨道和晶格自由度之间的强耦合相互作用,可以导致多种相互竞争且能量非常接近的电子态的空间共存,这就是电子相分离现象.如果可以将材料的空间尺寸缩小到电子相分离的特征长度,其物理性质甚至电子关联作用本身都会发生根本的变化,从而有可能实现复杂氧化物中的量子调控.本文综述了我们课题组在过去几年中针对复杂氧化物中电子相分离的量子调控取得的进展,内容包括：发现了锰氧化物边缘电子态,通过氧化物微纳加工技术,实现了量子态空间分布的调控,提高了庞磁阻锰氧化物的临界温度;研究了当材料空间尺度小于其电子相分离特征尺度时电子相分离的表现,确定了在电子相分离消失以后体系的磁结构;通过超晶格生长技术调控了材料中的掺杂有序度,对锰氧化物中大尺度的电子相分离的物理机理从实验上给出了解释.     

Mg2Si:Fe 电子结构及磁性的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法研究了Mg_2Si:Fe体系的电子能带结构、态密度和磁性.结果表明:掺入的Fe原子优先占据晶格中的空隙位,也可能代替晶格中的Mg位.从能带结构和态密度可以看出,当Fe原子位于晶格中空隙位时,系统显示出金属性;当Fe占据Mg位置时,对于自旋向上电子态,体系有一带隙存在,系统呈现明显的半导体特性;对于自旋向下电子态,Fe的替位掺杂在该体系内引入新的杂质能级,杂质能级与导带价带分离,且100%自旋极化.两种位置的杂质,上自旋电子和下自旋电子的态密度均明显不对称,诱导出铁磁性,且铁磁性主要由于Fe的3d态电子诱导产生.Fe位于空隙位时,Fe原子的磁矩为1.69μB;Fe占据Mg位时,Fe原子的磁矩为1.38μB,说明原子磁矩与其所占位置和配位情况有关.     

La0.7Sr0.3-x□xCoO3(0≤x≤0.2)钴氧化物中锶空位诱导的自旋态转变效应

研究了锶空位对La_0.7Sr_0.3-x_xCoO₃ (0≤x≤0.2)多晶钴氧化物结构、磁性和输运性质的影响.结果表明：随着锶空位浓度x的增大,A位阳离子无序度增大,导致铁磁双交换作用减弱及反铁磁超交换作用增强,两者相互竞争,出现团簇自旋玻璃态;空位浓度超过10%后,Co—O键长迅速减小,导致晶体场劈裂能加大,大部分三价钴离子以低自旋态出现,系统基态为类超顺磁态, 关键词： 空位掺杂 钴氧化物 自旋转变     

LiFeAs超导体中磁性与声子软化

运用第一性原理密度泛函理论研究了铁基超导体LiFeAs的电子结构和声子谱.计算得到的LiFeAs基态具有涨落的条型反铁磁构型.通过比较LiFeAs在非磁态与条形反铁磁态下的声子态密度,发现,LiFeAs中各向异性自旋互作用的竞争产生了不稳定的自旋密度波和部分晶格位置弛豫,导致Fe和As原子振动模式的软化,从而提高电声子耦合强度.因此,自旋-声子互作用对非常规超导电性有重要贡献. 关键词： 铁基超导体 反铁磁序 超导电性 电声子耦合     

N掺杂钛酸盐的电子结构和磁性研究

基于密度泛函理论,从头计算了N掺杂立方结构钛酸盐的电子结构和磁学性质.结果表明,N掺杂钛酸盐在自旋极化状态下的总能量比自旋非极化状态下的总能量小,说明N掺杂钛酸盐的基态具有铁磁性.从态密度和自旋密度分析可知,其磁性源于掺杂的N 2p电子和价带顶O 2p电子间的p-p耦合作用. 关键词： 钛酸盐 电子结构 磁学性质     

应变作用下EuTiO3材料磁性的格林函数理论研究

基于自旋波和格林函数理论,研究了低温下二维应变诱导的EuTiO3在铁电四方相下的磁性性质,主要讨论了在铁电四方相下Eu离子在铁磁性和反铁磁性有序时系统沿不同高对称性方向的自旋波散射和磁化。我们发现施加外加应变不仅可改变晶格结构的对称性,还可以通过改变电子自旋之间的交换耦合作用,进而改变该材料的磁性散射和磁化等。     

重费米子材料与物理

作为典型的强关联电子体系,重费米子材料表现出丰富的量子基态,如反铁磁序、铁磁序、非常规超导、非费米液体、自旋液体、轨道序和拓扑态等.相比其他强关联电子体系,重费米子体系的特征能量尺度低,可以通过压力、磁场或掺杂等参量对不同量子态进行连续调控,因而是研究量子相变、超导及其相互作用的理想体系.本文简要介绍重费米子研究的发展历史和国内外研究现状,概述几类典型的重费米子材料,并简单阐述重费米子超导、量子相变和强关联拓扑态等前沿科学问题.     

阻挫三角反铁磁YMnO3电子结构和磁性研究

基于广义梯度近似(GGA)的密度泛函理论,从非共轴的磁性结构出发,运用第一性计算得到了自旋阻挫反铁磁YMnO3的电子结构和磁性.考虑在位库仑势作用(U),研究了d电子关联作用对电子结构、能隙、和磁性的作用.计算得到,由于电子强关联和自旋阻挫的作用,Mn3d和O2p的电子态密度分布发生很大变化,费米面附近的基态能隙变大,Mn3d和O2p态电子杂化减弱,Mn离子的磁矩增加到3.92μB.我们的结果比局域化自旋密度近似LSDA计算结果更好地符合于实验测量值.     

Pt/GdFeCo/Pt多层膜的磁性和反常霍尔效应研究

亚铁磁材料因具有反铁磁排列的子晶格磁矩而表现出诸多丰富的物理性质,在磁信息存储和逻辑领域具有广阔的应用前景.本文采用磁控溅射方法在热氧化的硅基片上制备了Pt/GdFeCo(t)/Pt多层膜,系统研究了亚铁磁GdFeCo厚度对多层膜的表面形貌、结构、磁性以及反常霍尔效应(AHE)的影响.结构测试表明薄膜表面粗糙度较小,且GdFeCo层为非晶态;实验中利用GdFeCo层厚度可有效控制Gd元素含量,从而调控GdFeCo趋近反铁磁态特性的磁矩补偿点;通过重金属强自旋轨道耦合效应(SOC)和非晶态亚铁磁薄膜面内压应力,实现了良好垂直各向异性(PMA);进一步阐明了亚铁磁薄膜中磁性和反常霍尔效应的内在产生机制以及磁矩补偿点与温度的内在关系.这些结果为构建新一代低功耗自旋电子器件奠定基础.     

尖晶石氧化物CoCr2O4的多铁性研究

为深入理解化合物CoCr₂O₄奇特的多铁性行为,结合尖晶石晶格结构特点,考虑近邻A-A、A-B、B-B及B位离子间次近邻交换耦合的影响,构建经典海森堡自旋模型对磁致铁电行为进行描述,并采用蒙特卡罗模拟对模型进行求解.重点考察不同磁交换耦合作用下,外磁场对体系磁化行为和电极化行为的调控.结果表明：子晶格B1离子贡献了体系的宏观磁化强度和电极化强度;近邻A-A和B位次近邻交换耦合参数的改变对子晶格A位磁性离子的磁电行为没有影响,但对B位离子的磁化强度和电极化强度有显著的调制作用,尤其是来源于子晶格B1的电极化强度对B位次近邻交换耦合参数的改变极为敏感;这些结果反映了立方尖晶石磁结构中A位和B位磁性离子环境及分布对称性的差异.