5d原子摻雜AlN單層的結構、磁性及自旋軌道耦合效應.pdf

1、近年來，新型材料層出不窮，六方氮化硼單層、氮化硼納米管、碳納米管、石墨烯等作為低維材料中的代表，在自旋電子學、納米電子器件等領域有廣泛的應用價值。同時，針對低維體系和III-V族半導體化合物進行一種或多種元素的摻雜也成為研究熱點問題。
　　本文采用第一性原理計算方法，對Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg這九種5d金屬原子摻雜AlN超胞的幾何結構、電子結構、磁性性質、交換常數(shù)和自旋軌道耦合效應進行了研究分析。

2、　　通過研究發(fā)現(xiàn)，第一，Ta、W、Re、Os這四種5d原子取代Al原子后AlN單層形變較小，其他原子摻雜后體系形變較大，而且形變大小與摻雜濃度有關。第二，對于所有的模型結構，Ta、Ir摻雜時DOS均沒有出現(xiàn)自旋劈裂，無磁矩， Pt、Au、Hg摻雜只有在2×2超胞中DOS沒有出現(xiàn)自旋劈裂，而Hf、W、Re、Os摻雜對于所有模型結構DOS均出現(xiàn)自旋劈裂，有磁矩。第三，不同摻雜體系的總磁矩不同，在各種單層AlN模型結構中，Ta、Ir的總磁矩均

3、為0，Re的總磁矩均為2μB，摻雜體系有明顯的雜質能級。第四，對計算中總磁矩不為0體系的交換常數(shù)進行了計算，發(fā)現(xiàn)Hf、Re、Pt、Au摻雜在4×8超胞，Hg摻雜在3×6超胞，W、Os摻雜在2×4超胞中交換常數(shù)最大，分別為-187.2563 meV、286.2320 meV、-48.0637 meV、-61.7889 meV、-20.4487 meV、-45.8162 meV和-43.7026 meV。其中，W摻雜交換常數(shù)隨著摻雜濃度的降

4、低而不斷減小，從-45.8162 meV變?yōu)?0.0049 meV，鐵磁態(tài)的能量低于反鐵磁態(tài)的能量，說明鐵磁態(tài)更穩(wěn)定。第五，在對4×4超胞磁各向異性計算中發(fā)現(xiàn)，Re摻雜的磁各項異性最大為13.366meV，z軸方向能量大于x軸方向能量，說明自旋平行于平面時更穩(wěn)定；其次為Au、W、Os摻雜，分別為3.375meV、1.930meV、1.197meV；Hg摻雜磁各項異性為0.108meV；Hf摻雜和 Pt摻雜結果分別為-0.012meV和-