半金属铁磁体表现出的各种特殊性质一直受到人们的广泛关注,此类材料在自旋电子学器件中有着很好的应用。半金属,即费米面处的电子只能通过一种自旋通道传输,传统的半金属铁磁材料都含有过渡金属d电子,一般的理论方法想准确的处理起来很困难。因此近几年来人们致力于寻找非d电子的半金属铁磁体。我们利用第一性原理(GGA-PBE)方法系统研究了III(B,Al,Ga), IV(C, Si, Ge)和V(N, P, As)主族原子掺杂MgO后的电子结构特点 (其中利用LSDA+U的方法来处理关联效应)。发现所有最外层p轨道能比O的低的原子取代O位后均表现出半金属铁磁性质,然而最外层p轨道能比O的高的F原子取代O位后,体系成了金属性质。可见原子最外层的轨道能的高低是考虑的一个重要因素。当金属原子Al, Ga, Ge取代Mg位后并没有出现半金属铁磁性质。而不论取代什么位置,Ga, Ge原子中的d电子对体系的电子结构并没有产生影响。
此项工作我们发表在J. Phys.: Condens. Matter 22 046002 (2010)
III, IV, V原子取代MgO中 Al, Ge原子取代MgO中
O位后的态密度图 Mg位后的态密度图 |