半金属磁性材料

半金属材料的一个重要特征为具有高达100%的传导电子自旋极化率。半金属磁性材料是一种具有极大的应用潜能的自旋电子学材料。本文从半金属性的来源、材料的晶体结构、半金属的电子态和电磁特性等不同角度对半金属材料进行了系统分类。对现已发现的几种半金属材料的基本性质和原子结构特征进行了综述。分别对5种传导电子自旋极化率的测量方法进行了分析和讨论。     

半金属磁性材料

半金属材料的一个重要特征为具有高达100%的传导电子自旋极化率。半金属磁性材料是一种具有极大的应用潜能的自旋电子学材料。本文从半金属性的来源、材料的晶体结构、半金属的电子态和电磁特性等不同角度对半金属材料进行了系统分类。对现已发现的几种半金属材料的基本性质和原子结构特征进行了综述。分别对5种传导电子自旋极化率的测量方法进行了分析和讨论。     

半金属磁体

半金属磁体是近些年来日益受到关注的一种新材料，也是物质具有一种新形态，在半金属磁体的能带结构中，两个自旋子能带分别具有金属性与绝缘性，从而产生自旋完全极化的传导电子，这一特性使它有可能在新一代微电子设备中发挥重要作用，并为极化输运理论及自旋电子学的研究开辟崭新的领域，文章主要介绍了半金属磁体的命名、特征和几种典型的材料，回顾了在寻找半金属磁体过程中的理论计算和实验研究的发展历程，并对巳在半金属磁体材料中发现的一些具有应用价值的磁输运现象作了阐述。     

半金属磁性材料研究进展

半金属材料是一种新型的功能自旋电子学材料，是一种具有特殊能带结构的物质，近年来13益受到人们的关注。半金属材料从微观上具有导体和绝缘体双重性质：对一种自旋取向的电子其能带结构呈现金属性，而另一自旋取向的电子其能带结构呈现绝缘体性．文章着重对Half—Heusler结构半金属材料、CrO2铁磁半金属、Fe3O4亚铁磁材料半金属、反铁磁材料半金属和钙钛矿及双钙钛矿半金属的结构特性进行分析和综述，并对半金属材料的应用原理和应用前景作了阐述。     

几种纤锌矿相硫族和磷族半金属铁磁体磁电性能的第一性原理

采用基于密度泛函理论中的广义梯度近似的第一性原理研究, 优化了纤锌矿结构化合物CrX(X=As、Sb、O、Se和Te)的几何结构, 并详细计算了它们的磁电性能． 结果表明, 这些磷族或硫族化合物在费米面处的自旋极化率均为100%, 分子磁矩分别为整数3.00和4.00 μB; 分子磁矩主要来自于Cr离子; 磷族和硫族化合物中存在亚铁磁性耦合; 它们的居里温度均较高; 磷族和硫族化合物中Cr离子的电子结构分别为a²_1g↑↓t⁴_1u↑↓t¹_1u↑e²_g↑和a²_1g↑↓t⁴_1u↑↓t¹_1u↑t³_2g↑.     

Heusler合金中近半金属性质的讨论:一种近半金属性质评估标准

如今在Heusler合金中发现了众多适用于自旋电子学领域的半金属材料及自旋无隙半导体,与此同时也伴随发现了一系列不能简单归类为半金属或金属的材料.为了促进这些化合物在自旋电子学领域的应用,本文提出了一种关于Heusler合金中近半金属性质的评估标准,即当一种材料的带隙在费米能级附近0.30 eV或0.2个电子态以内,具有一定的磁矩且没有高的电导时,可以判定其为近半金属材料.这项标准能够帮助Heusler合金在自旋电子学领域得到更全面地应用,并举一些示例加以说明.     

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↑。     

Cr含量对ZB型半金属铁磁体Cr_xZn_(1-x)Se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Cr_xZn_(1-x)Se(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Cr_xZn_(1-x)Se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,Cr_xZn_(1-x)Se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,Cr_xZn_(1-x)Se的半金属性最稳定;x=0.125,0.250和0.375时,Cr_xZn_(1-x)Se的超胞磁矩分别为整数磁矩4.0,8.0和12.0μ_B,而具有整数磁矩是半金属铁磁体非常重要的特征之一.Cr_xZn_(1-x)Se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 e_g~2↑e_g~1↓t_(2g)~3↑.     

稀磁半导体的制备与性质

报道了稀磁半导体的制备、性质与实验研究进展，介绍了稀磁半导体的应用及发展前景．     

稀磁半导体的研究进展

本文主要介绍了III-V族稀磁半导体(Ga,Mn)As的研究进展,包括(Ga,Mn)As的生长制备、基本磁性质、磁输运特征、磁光性质、磁性起源、相关的异质结构和自旋注入等,同时还简单介绍了其它稀磁半导体如IV族、III-VI族和IV-VI族等稀磁半导体的研究进展,在文章的最后描述了理想的稀磁半导体应该具备的特征以及对未来的展望。     

Computational materials design of filled tetrahedral compound magnetic semiconductors

Based on first-principles calculations within the density functional theory, materials design of filled tetrahedral compound magnetic semiconductors is proposed. By using the Korringa–Kohn–Rostoker coherent potential approximation, electronic structures of Mn-doped LiZnAs, LiZnP and LiZnN are calculated. First, by estimating free energy, phase diagrams of these systems are predicted. It is shown that these systems are phase separating systems and favor spinodal decomposition. However, by introducing Li vacancies, spinodal decomposition is strongly suppressed and Mn can be doped up to high concentration. Moreover, the introduced Li vacancies induce ferromagnetic interaction between Mn and thus we can expect high Curie temperature (T_C) in these systems. To see the chemical trend, electronic structure and T_C of Li(Zn, Cr)As are also calculated.     

二维半导体中的能谷电子学

文章介绍了能谷电子学背后的基本物理原理,并回顾了此方向在材料实现上的进展。在理论背景部分简单回顾了基本模型和有关贝里曲率导致量子输运和光选择的重要概念,在材料实现部分除了总结在真实材料中重要的实验和理论的发现,也讨论了在这些材料中的自旋轨道耦合和近邻诱导的塞曼效应,最后展望了能谷电子学的发展前景。     

极化子比率变化对自旋注入有机半导体性质的影响

从自旋扩散方程和欧姆定律出发研究了铁磁层到有机半导体的自旋注入,得到了系统的电流自旋极化率。有机半导体中的载流子为自旋极化子和不带自旋的双极化子,极化子比率在有机半导体内随输运距离变化。通过计算发现匹配的铁磁和有机半导体电导率有利于自旋注入;通过调节界面电阻自旋相关性,电流自旋极化率可获得很大程度提高;极化子比率衰减速率对有机半导体电流自旋极化率具有非常重要的影响。     

稀磁半导体--自旋和电荷的桥梁

稀磁半导体可能同时利用载流子的自旋和电荷自由度构造将磁、电集于一体的半导体器件．尤其是铁磁半导体材料的出现带动了半导体自旋电子学的发展．室温铁磁半导体材料的制备，半导体材料中有效的自旋注入，以及自旋在半导体结构中输运和操作已成为目前半导体自旋电子学领域中的热门课题．稀磁半导体呈现出强烈的自旋相关的光学性质和输运性质，这些效应为人们制备半导体自旋电子学器件提供了物理基础．     

稀磁半导体的研究进展

本文主要介绍了III-V族稀磁半导体(Ga,Mn)As的研究进展,包括(Ga,Mn)As的生长制备、基本磁性质、磁输运特征、磁光性质、磁性起源、相关的异质结构和自旋注入等,同时还简单介绍了其它稀磁半导体如IV族、III-VI族和IV-VI族等稀磁半导体的研究进展,在文章的最后描述了理想的稀磁半导体应该具备的特征以及对未来的展望。     

Controlling spin-orbit coupling strength of bulk transition metal dichalcogenide semiconductors

Transition metal dichalcogenide (TMD) semiconductors are attracting much attention in research regarding device physics based on their unique properties that can be utilized in spintronics and valleytronics. Although current studies concentrate on the monolayer form due to the explicitly broken inversion symmetry and the direct band gap, bulk materials also hold the capability of carrying spin and valley current. In this study, we report the methodology to continuously control the spin-orbit coupling (SOC) strength of bulk TMDs Mo_1-xW_xSe₂ by changing the atomic ratio between Mo and W. The results show the size of band splitting at the K valley the measure of the coupling strength is linearly proportional to the atomic ratio of Mo and W. Our results thus demonstrate how to precisely tune the SOC coupling strength, and the collected information of which can serve as a reference for future applications of bulk TMDs.     

漫谈半导体材料及异质结器件

半导体材料与器件在当代信息社会中扮演着核心角色,相关产品几乎渗透了人类生活的各个角落。文章简要回顾了半导体的研究历史,介绍了半导体材料与相关应用,阐述了半导体异质结器件的工作原理,并展示了半导体自旋电子学及低维窄禁带半导体纳米结构的研究现状与发展前景。