第一性原理研究闪锌矿结构CrSe和CrAs半金属铁磁性的稳定性

运用第一性原理的全势能线性缀加平面波方法对闪锌矿结构CrSe和CrAs的电子结构进行自旋极化计算。闪锌矿结构CrSe和CrAs处于晶格平衡时都具有半金属性,它们自旋向下的电子能带带隙分别为3.38eV 和1. 79eV,同时,它们的自旋总磁矩分别为4.00和3.00μB/formula。自旋总磁矩主要来源于Cr的原子磁矩,Se和As的原子磁矩对总磁矩的贡献很小而且为负值,因而它们具有明显的铁磁性特征. 使晶体晶格在±10%的范围内发生各向同性形变,对闪锌矿结构CrSe和CrAs的电子结构进行计算. 计算结果表明,当晶格各向同性形变分别为-4 % ~ 10 %和-2 % ~10 %时,闪锌矿结构CrSe和CrAs仍然保持半金属铁磁性,并且总磁矩都稳定于4.00和3.00μB/formula.     

第一性原理研究闪锌矿结构MnSb和MnBi半金属性和磁性的稳定性

采用基于第一性原理的全势能线性缀加平面波方法对闪锌矿结构MnSb和MnBi的电子结构进行自旋极化计算.闪锌矿结构MnSb和MnBi处于晶格平衡时都是半金属性的,并且它们自旋向下电子能带带隙分别是1.32 eV和1.27 eV.闪锌矿结构MnSb和MnBi的自旋总磁矩都为4.00μB/formula,总磁矩主要来源于Mn的原子磁矩,Sb和Bi的原子磁矩对总磁矩的贡献很小而且为负值,它们具有明显的铁磁性特征.使晶体晶格在±10％的范围内发生各向同性形变,对闪锌矿结构MnSb和MnBi的电子结构进行计算.计算结果表明,当晶格各向同性形变分别为-1％～10％和-4％～10％时,闪锌矿结构MnSb和MnBi仍然保持半金属铁磁性,并且总磁矩都稳定于4.00μs/formula.     

第一性原理研究闪锌矿结构MnSb和MnBi半金属性和磁性的稳定性

采用基于第一性原理的全势能线性缀加平面波方法对闪锌矿结构MnSb和MnBi的电子结构进行自旋极化计算。闪锌矿结构MnSb和MnBi处于晶格平衡时都是半金属性的,并且它们自旋向下电子能带带隙分别是1.32eV 和1.27eV。闪锌矿结构MnSb和MnBi的自旋总磁矩都为4.00μB/formula,总磁矩主要来源于Mn的原子磁矩,Sb和Bi的原子磁矩对总磁矩的贡献很小而且为负值,它们具有明显的铁磁性特征. 使晶体晶格在±10%的范围内发生各向同性形变,对闪锌矿结构MnSb和MnBi的电子结构进行计算. 计算结果表明,当晶格各向同性形变分别为-1 % ~ 10 %和-4 % ~10 %时,闪锌矿结构MnSb和MnBi仍然保持半金属铁磁性,并且总磁矩都稳定于4.00μB/formula.     

第一性原理研究闪锌矿结构MnSb和MnBi半金属性和磁性的稳定性

采用基于第一性原理的全势能线性缀加平面波方法对闪锌矿结构MnSb和MnBi的电子结构进行自旋极化计算。闪锌矿结构MnSb和MnBi处于晶格平衡时都是半金属性的,并且它们自旋向下电子能带带隙分别是1.32eV 和1.27eV。闪锌矿结构MnSb和MnBi的自旋总磁矩都为4.00μB/formula,总磁矩主要来源于Mn的原子磁矩,Sb和Bi的原子磁矩对总磁矩的贡献很小而且为负值,它们具有明显的铁磁性特征. 使晶体晶格在±10%的范围内发生各向同性形变,对闪锌矿结构MnSb和MnBi的电子结构进行计算. 计算结果表明,当晶格各向同性形变分别为-1 % ~ 10 %和-4 % ~10 %时,闪锌矿结构MnSb和MnBi仍然保持半金属铁磁性,并且总磁矩都稳定于4.00μB/formula.     

密度泛函理论研究闪锌矿结构CrTe和VTe半金属铁磁性的稳定性

采用基于密度泛函理论的全势能线性缀加平面波方法对闪锌矿结构CrTe和VTe的电子结构进行自旋极化计算.闪锌矿相CrTe和VTe处于平衡晶格常数时都是半金属性的,它们自旋向下子能带的带隙分别是2.82 eV和2.70 eV,半金属隙分别是0.89 eV和0.33 eV.使晶体相对于平衡晶格在±10%的范围内发生各向同性形变,对闪锌矿相CrTe和VTe的电子结构进行计算,计算结果表明相对于平衡晶格的各向同性形变分别为-6%～10%和-3%～10%时它们仍然具有半金属性质;与此同时,在以上相同的形变范围内闪锌矿相CrTe和VTe的总磁矩分别稳定于4.00μB/formula和3.00μs/formula.在晶体相对于平衡晶格发生各向同性形变分别为-6%～10%和-3%～10%时,闪锌矿相CrTe和VTe能保持半金属铁磁性.     

密度泛函理论研究闪锌矿结构CrTe和VTe半金属铁磁性的稳定性

采用基于密度泛函理论的全势能线性缀加平面波方法对闪锌矿结构CrTe和VTe的电子结构进行自旋极化计算。闪锌矿相CrTe和VTe处于平衡晶格常数时都是半金属性的,它们自旋向下子能带的带隙分别是2.82eV和2.70eV,半金属隙分别是0.89eV和0.33eV. 使晶体相对于平衡晶格在±10%的范围内发生各向同性形变,对闪锌矿相CrTe和VTe的电子结构进行计算,计算结果表明相对于平衡晶格的各向同性形变分别为-6 %~ 10 %和-3 %~10 %时它们仍然具有半金属性质;与此同时,在以上相同的形变范围内闪锌矿相CrTe和VTe的总磁矩分别稳定于4.00 /formula和3.00 /formula. 在晶体相对于平衡晶格发生各向同性形变分别为-6%~10%和-3 %~10 %时,闪锌矿相CrTe和VTe能保持半金属铁磁性。     

晶格各向同性应变对闪锌矿结构CrS和CrSe的半金属性和磁性的影响

采用基于密度泛函理论的全势能线性缀加平面波方法,对闪锌矿结构CrS和CrSe的电子结构进行自旋极化计算.闪锌矿相CrS和CrSe处于平衡晶格常数时为半金属性,它们的分子自旋磁矩都为4.00μ_B. 使晶体相对于平衡晶格在±10%的范围内发生各向同性应变,并计算闪锌矿相CrS和CrSe的电子结构.计算结果表明,闪锌矿相CrS和CrSe相对于平衡晶格的各向同性应变分别为-1%–10%和-4%–10%时仍然保持半金属铁磁性,并且分子总磁矩都稳定于4.00μ_B. 关键词： 各向同性应变 电子结构 半金属性 磁性     

第一性原理研究half-Heusler合金CoVTe和FeVTe半金属性及磁性的稳定性

本文构建了half-Heusler合金CoVTe和FeVTe.运用基于第一性原理的全势能线性缀加平面波方法,计算half-Heusler合金CoVTe和FeVTe的电子结构.电子结构的自旋极化计算结果表明,合金CoVTe和FeVTe具有半金属性,它们的半金属隙分别为0.21 eV和0.20 eV.磁性计算结果显示,合金CoVTe和FeVTe的晶胞总磁矩分别为2.00μ_B和1.00μ_B;合金晶胞中过渡金属V具有较强的原子磁矩,Te的原子磁矩较弱,而且为负值.使合金晶格均匀形变△a/a_0在±7%的范围内变化,分别计算CoVTe和FeVTe的电子结构.计算结果表明,晶格均匀形变△a/a_0分别为-7%—+7%和-4.8%—+7%时,合金CoVTe和FeVTe仍然保持半金属性,并且晶胞总磁矩分别稳定于2.00μ_B和1.00μ_B.     

晶格均匀体形变对闪锌矿结构CaC和 SrC半金属性和磁性的影响

采用基于第一性原理的全势能线性缀加平面波方法计算闪锌矿结构CaC和SrC的电子结构.计算结果表明,锌矿结构CaC和SrC是自旋向上电子为非金属性的半金属,其半金属隙分别为0.83 eV和0.81 eV.磁性的计算分析表明,CaC和SrC的晶胞总磁矩都为2.00μ_B,C的原子磁矩较强,Ca和Sr的原子磁矩较弱.使晶格均匀体形变△a/a₀限于±15%,在此范围内计算CaC和SrC的电子结构.计算研究表明,当闪锌矿结构CaC和SrC的晶格常数分别为0.490 nm—0.661 nm和0.539 nm—0.707 nm时,它们的半金属性不变,晶胞总磁矩仍然为2.00μ_B.     

第一性原理研究semi-Heusler合金CoCrTe和CoCrSb的半金属性和磁性

采用第一性原理的全势能线性缀加平面波方法,对semi-Heusler合金CoCrTe和CoCrSb的电子结构进行自旋极化计算.CoCrTe和CoCrSb处于平衡晶格常数时是半金属性铁磁体,其半金属隙分别为0.28和0.22 eV,晶胞总磁矩为3.00μB和2.00μB.CoCrTe和CoCrSb的晶胞总磁矩主要来自于Cr原子磁矩.Co,Te和Sb的原子磁矩较小,它们的磁矩方向与Cr原子的磁矩方向相反.使晶格常数在±13%的范围内变化(相对于平衡晶格常数),并计算CoCrTe和CoCrSb的电子结构.计算研究表明,CoCrTe和CoCrSb的晶格常数变化分别在-11.4%—9.0%和-11.2%—2.0%时仍具有半金属性,并且它们晶胞总磁矩稳定于3.00μB和2.00μB.     

第一性原理研究half-Heusler合金VLiBi和CrLiBi的半金属铁磁性

构建只含有一种过渡金属元素的half-Heusler合金VLiBi和CrLiBi.采用第一性原理的全势能线性缀加平面波方法计算half-Heusler合金VLiBi和CrLiBi的电子结构.计算结果表明，VLiBi和CrLiBi是半金属性铁磁体，它们的半金属隙分别是0.25 eV和0.46 eV，晶胞总磁矩分别为3.00 μ_B和4.00 μ_B.磁性计算结果显示，晶胞总磁矩主要来源于V和Cr的原子磁矩，Li和Bi的原子磁矩较弱，而且Bi的原子磁矩为负值.利用平均场近似方法计算合金的居里温度T_C，VLiBi和CrLiBi的居里温度（T_C）的估算值分别为1401 K和1551 K.使晶格常数在±10%的范围内变化，分别计算VLiBi和CrLiBi的电子结构.计算研究表明，晶格常数在-5.6%–10%和-6.9%–10%的范围内变化时VLiBi和CrLiBi仍具有半金属性，并且晶胞总磁矩稳定于3.00 μ_B和4.00 μ_B.采用局域密度近似（LDA）+U（电子库仑相互作用项）的方法计算VLiBi和CrLiBi的电子结构，当U的取值增大到5 eV时VLiBi和CrLiBi仍保持半金属性.此外，采用考虑自旋-轨道耦合（spin-orbit coupling，SOC）效应的广义梯度近似（GGA）+SOC方法计算VLiBi和CrLiBi的电子结构，计算结果显示有微弱的自旋向下能带穿过费米能级，此时VLiBi和CrLiBi在费米面处的自旋极化率分别为98.8%和94.3%，它们的晶胞总磁矩分别为3.03 μ_B和4.04 μ_B.VLiBi的半金属性几乎不受SOC效应的影响，而CrLiBi在费米面处仍有较高的自旋极化率.     

Half-metallic ferromagnetism of zinc-blende CrS and CrP: a first-principles pseudopotential study

The electronic structure and the ferromagnetism of CrS and CrP in the zinc-blende (ZB) phase are investigated by spin-polarized calculations with first-principles plane-wave pseudopotential method within the generalized gradient approximation for the exchange-correlation potential. From the analysis of the spin-dependent density of states, band structure and magnetic moment, we predict that ZB CrS and CrP at their respective equilibrium lattice constant are half-metallic ferromagnets with a magnetic moment of 4.00 and 3.00μ_B per formula unit, respectively. We also find that the ZB CrS maintains half-metallic ferromagnetism up to 3% compression of lattice constant while the half-metallic ferromagnetism for ZB CrP exists only near its equilibrium lattice constant.     

第一性原理研究Co2MnSi和Co2MnGe半金属与磁性的稳定性

基于广义梯度近似密度泛函和全势能线性缀加平面波方法，对Co2MnSi和Co2MnGe在晶格常数发生变化的情况下进行电子结构和磁矩的自旋极化计算，得到了它们的自旋态密度分布以及总磁矩和各原子磁矩。计算结果的分析表明：（1）Co2MnSi 和Co2MnGe具有半金属性质；（2）晶格常数的改变分别为-5%~ 4%和-6%~1%时，Co2MnSi 和 Co2MnGe仍保持稳定的半金属质性；（3）Co2MnSi 和Co2MnGe的总磁矩为5.00µB/formula。总磁矩主要来源于Mn和Co的原子磁矩，Si和Ge的原子磁矩对总磁矩的贡献极小而且为负值。（4）Co2MnSi 和 Co2MnGe的晶格常数变化分别为-6% ~ 6%和-7%~ 4%时，虽然各原子磁矩都发生了变化，但是它们总磁矩稳定于5.00µB/formula.     

Half-metallic ferromagnetism in rocksalt and zinc-blende MS (M=Li, Na and K): A first-principles study

First-principles full-potential linearized augmented plane-wave method is used to investigate the electronic structure and magnetic properties of hypothetical zinc-blende and rocksalt LiS, NaS and KS. We find that all the compounds except rocksalt LiS exhibit half-metallic ferromagnetism with an integer magnetic moment of 1.00 μ_B per formula unit. The ferromagnetism results from the spin-polarization of p states of anion S. Total energies calculations indicate the rocksalt phase is lower in energy than the zinc-blende one. The total energy differences are about 0.38, 0.36 and 0.32 eV per formula unit for LiS, NaS and KS, respectively. Meanwhile, it is shown that rocksalt NaS and KS have the half-metallic gaps of 0.22 and 0.41 eV, respectively, and the half-metallic gaps are 0.03, 0.46 and 0.65 eV for zinc-blende LiS, NaS and KS, respectively. We also find the half-metallicity is robust against the lattice contraction up to 7% and 13% for rocksalt NaS and KS, respectively. Although rocksalt LiS is nonmagnetic and metallic at the equilibrium lattice constant, it shows half-metallic ferromagnetism when the lattice constant is larger than 5.40 Å.     

Role of defects on the electronic and magnetic properties of CrAs, CrSe and CrSb zinc-blende compounds

We present an extended study of single impurity atoms and atomic swaps in half-metallic CrAs, CrSb and CrSe zinc-blende compounds. Although the perfect alloys present a rather large gap in the minority-spin band, all defects under study, with the exception of void impurities at Cr and sp sites and Cr impurities at sp sites (as long as no swap occurs), induce new states within the gap. The Fermi level can be pinned within these new minority states depending on the lattice constant used for the calculations and the electronegativity of the sp atoms. Although these impurity states are localized in space around the impurity atoms and very fast we regain the bulk behavior, their interaction can lead to wide bands within the gap and thus loss of the half-metallic character.