稀土金屬的磁矩來(lái)源于局域的4f電子。稀土金屬Gd是四個(gè)室溫鐵磁金屬之一,居里溫度為293 K。局域的4f電子的鐵磁排列極化導(dǎo)電的5d和6s電子,導(dǎo)致Gd的實(shí)驗(yàn)磁矩值為7.63μB/Gd。稀土金屬與半導(dǎo)體的復(fù)合材料將在自旋電子學(xué)器件上具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。本文通過(guò)第一性原理計(jì)算方法研究了N空位和陰離子摻雜半金屬GdN、稀土金屬摻雜半導(dǎo)體ZnO和單層MoS₂、Gd/單層MoS₂界面的電子結(jié)構(gòu)和磁性。首先,計(jì)算了不同濃度N空位和不同濃度M（M=B、C、O、F、P、S和As）陰離子摻雜GdN的電子結(jié)構(gòu)和磁性。結(jié)果表明O摻雜GdN體系是最穩(wěn)定的。對(duì)于O、F、S和N空位摻雜,費(fèi)米面上移,自旋極化率減小,體系總磁矩增加;對(duì)于C和B摻雜,費(fèi)米面下移,自旋極化率減小,體系總磁矩增加;不同濃度P和As摻雜Gd N時(shí),由于P、As與N原子等價(jià),只是半徑大于N原子,體系的總磁矩保持不變,但體系的半金屬性消失。其次,計(jì)算了稀土元素RE（RE=La、Ce、Pr、Nd和Eu）摻雜ZnO的電子結(jié)構(gòu)和磁性。研究發(fā)現(xiàn)Ce摻ZnO是最穩(wěn)定的。由摻雜體系的自旋差分密度發(fā)現(xiàn)RE周?chē)腛... 

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【部分圖文】：

GdN的晶體結(jié)構(gòu)圖，藍(lán)色代表N原子，青藍(lán)色代表Gd原子

4.98 5.71 5.86 6.22 4.98 5.65 5.78 6.09 發(fā)現(xiàn)從 P 到 Bi，Gd 的 4f 的占據(jù)帶和未占據(jù)帶都本文的計(jì)算定性一致。如果調(diào)節(jié) Uf的值使得占的能量值會(huì)比實(shí)驗(yàn)值小，而如果我們調(diào)節(jié) Uf的值態(tài)對(duì)應(yīng)的能量值也會(huì)比實(shí)驗(yàn)值小，這種不一致的的自能修正需要超越 LSDA+U。GdN 的電子結(jié)構(gòu)的影響uan 等[7]采用全勢(shì)線性綴加平面波加局域軌道方法U=6.7 eV、J=0.7 eV[11]計(jì)算了以單胞體積為變量算發(fā)現(xiàn)隨著 GdN 體積的增加導(dǎo)電特性有一個(gè)轉(zhuǎn)變半金屬(Semimetal)，最終變?yōu)榘雽?dǎo)體，計(jì)算結(jié)果

GGA+U (U=9.9 和6.0 eV)方法計(jì)算得到的總態(tài)密度與實(shí)的比較[13]bdelouahe 等[13]用 FLAPW 方法，交換關(guān)聯(lián)泛函作用下的電子結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)相變。盡管 GdN 相對(duì)物來(lái)說(shuō)是最受關(guān)注的材料，但是其能帶結(jié)構(gòu)仍然在描述強(qiáng)相關(guān) 4f 電子體系時(shí)常常失效，近幾年DA、LSDA+U、GW 近似來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，而交換關(guān)聯(lián)泛函采用 GGA 和 GGA+U，調(diào)整 U 和應(yīng)上，圖 1 3 為 GGA 和 GGA+U 計(jì)算的總態(tài)密實(shí)驗(yàn)上還是理論上局域的 4f 分波態(tài)密度對(duì)應(yīng)來(lái)，用 GGA+U 方法其中 U=9.9 eV、J=1.2 eV 計(jì)實(shí)驗(yàn)的光電子能譜對(duì)應(yīng)的很好，這與 Larson 等[1TO)及 LDA+U 用的 U、J 值是一樣的。Gd 5d 和，有更大的展寬且相對(duì)于實(shí)驗(yàn)移向更高能量位置


本文編號(hào)：3238919