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.     

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.     

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3.38 eV和1.79 eV,同时,它们的自旋总磁矩分别为4.00和3.00μ_B/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3.00μ_B/formula.     

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.     

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.     

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.     

Sb系half-Heusler合金磁性及电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了Sb系half-Heusler合金XYSb(X=Ni,Pd,Pt;Y=Mn,Cr)的晶体结构、磁性及电子结构.计算结果表明,在平衡晶格常数下,合金NiMnSb为半金属,其他为金属.合金的总磁矩主要由Y元素自旋磁距贡献,随着元素X原子序数减小,费米能级移向自旋向下能带导带底;压缩使费米能级上移,远离Sb原子p能带,PtMnSb,PdMnSb与NiCrSb在压应力下可实现金属—磁性半金属转变. 关键词： 第一性原理 磁性 电子结构 金属—磁性半金属转变     

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     

Half-metallic ferromagnetism in C-doped zinc-blende ZnO: A first-principles study

We perform a first-principles study of electronic structure and magnetism of C-doped zinc-blende ZnO using the full-potential linearized augmented plane wave method. Results show that C-doped zinc-blende ZnO exhibits half-metallic ferromagnetism with a stable ferromagnetic ground state. The calculated magnetic moment of the 32-atom supercell containing one C dopant is 2.00 μ B , and the C dopant contributes most. The calculated low formation energy suggests that C-doped zinc-blende ZnO is energetically stable. The hole-mediated double exchange mechanism can be used to explain the ferromagnetism in C-doped zinc-blende ZnO.     

Substrate-induced magnetism in BN layer: A first-principles study

We predict an accepted configuration of hexagonal boron nitride (BN) layer on Co(111) surface by first-principles calculations. The calculated adsorption energy of this configuration is around −0.51 eV with a corrugation close to 0.1 Å. Polarized spin states are induced in BN layer due to the hybridization of the BN layer with the substrate Co, which gives rise to a magnetic moment of 0.2 μB on each pair of BN. The finding of high spin polarization on the absorbed BN layer ensures a high degree of passage of the preferred spin and is important in the development of nanoscale devices for spintronics applications.     

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.     

Depth-dependent magnetism in epitaxial MnSb thin films: effects of surface passivation and cleaning

Depth-dependent magnetism in MnSb(0001) epitaxial films has been studied by combining experimental methods with different surface specificities: polarized neutron reflectivity, x-ray magnetic circular dichroism (XMCD), x-ray resonant magnetic scattering and spin-polarized low energy electron microscopy (SPLEEM). A native oxide ～4.5?nm thick covers air-exposed samples which increases the film's coercivity. HCl etching efficiently removes this oxide and in situ surface treatment of etched samples enables surface magnetic contrast to be observed in SPLEEM. A thin Sb capping layer prevents oxidation and preserves ferromagnetism throughout the MnSb film. The interpretation of Mn L(3,2) edge XMCD data is discussed.     

Stability and diffusion properties of self-interstitial atoms in tungsten:a first-principles investigation

Employing a first-principles method based on the density function theory,we systematically investigate the structures,stability and diffusion of self-interstitial atoms(SIAs) in tungsten(W).The <111> dumbbell is shown to be the most stable SIA defect configuration with the formation energy of ~9.43 eV.The on-site rotation modes can be described by a quite soft floating mechanism and a down-hill "drift" diffusion process from <110> dumbbell to <111> dumbbell and from <001> dumbbell to <110> dumbbell,respectively.Among different SIA configurations jumping to near neighboring site,the <111> dumbbell is more preferable to migrate directly to first-nearest-neighboring site with a much lower energy barrier of 0.004 eV.These results provide a useful reference for W as a candidate plasma facing material in fusion Tokamak.     

第一性原理研究Hg2CuTi型Heusler合金Ti2FeB的磁性和半金属性

基于密度泛函理论的GGA计算,我们具体研究了Hg2 CuTi型Heusler合金Ti2 FeB的电子结构和磁性质,结果发现Ti2FeB合金在其费米面处存在100％的自旋极化,并在5.1～6.2(A)晶格范围内被保留.Ti2FeB具有大约0.5 eV的半金属带隙和1μB的原胞总磁矩,是一个稳定的半金属铁磁体.此外,我们的研究也表明RKKY型间接交换和d电子杂化在决定合金磁性质中起决定性作用.     

Structural, thermodynamic and electronic properties of zinc-blende AlN from first-principles calculations

Structural, thermodynamic and electronic properties of zinc-blende AlN under pressure are investigated by first-principles calculations based on the plane-wave basis set. Through the analysis of enthalpy variation of AlN in the zinc-blende (ZB) and the rock-salt (RS) structures with pressure, we find the phase transition of AlN from ZB to RS structure occurs at 6.7 GPa. By using the quasi-harmonic Debye model, we obtain the heat capacity C_V, Debye temperature Θ_D, Grüneisen parameter γ and thermal expansion coefficient α. The electronic properties including fundamental energy gaps and hydrostatic deformation potentials are investigated and the dependence of energy gaps on pressure is analysed.