《新型d0半金屬鐵磁體的表/界面效應和自旋極化輸運特性》是依託華中科技大學，由高國營擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型d0半金屬鐵磁體的表/界面效應和自旋極化輸運特性
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：高國營
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
費米面附近電子的完全(100%)自旋極化特性使半金屬鐵磁體在自旋電子器件中有著非常重要的套用，尤其用作半導體的自旋極化電子注入源。但是，表/界面效應產生的表/界面態可能會破壞材料的半金屬性，進而影響其自旋輸運性質。基於這些考慮，本項目擬採用密度泛函理論及其與非平衡態格林函式相結合的方法，對最近倍受關注的新型d0半金屬鐵磁體開展以下研究：d0半金屬鐵磁體的表面穩定性、電子結構和磁性；非常完美的d0半金屬/半導體異質結構的界面結構和電子態及自旋極化輸運特性,如自旋流二極體效應、自旋過濾效應和隧道磁阻效應等。並分析這些效應的成因和影響因素。這些問題的研究可以為具有d0半金屬鐵磁性薄膜的製備以及d0半金屬在自旋電子器件中的套用提供材料基礎和科學依據，具有重要的學術意義和潛在的套用價值。
結題摘要
費米面附近電子的完全(100%)自旋極化使半金屬磁體在自旋電子學中有著重要的套用。本項目主要利用密度泛函理論及其與非平衡態格林函式相結合的方法，研究了幾類半金屬磁體的表/界面效應和輸運性質，同時預言了幾個新的半金屬磁體，圓滿完成了項目任務，得到以下主要成果：(1) 研究了幾個岩鹽結構的鹼土金屬碳化物和氮化物d0半金屬磁體的表/界面性質，發現表面效應很難破壞它們的d0半金屬性，這與它們的岩鹽結構有很大關係，它們的表面也是熱穩定的。保持d0半金屬性的界面結構至少是亞穩態。這為這些d0半金屬磁體薄膜的製備及其在自旋電子學中的套用提供了重要依據。此外我們首次在半霍伊斯勒結構化合物中預言到了d0半金屬磁體存在的可能性，並且發現弱的庫侖相互作用沒有破壞它們的半金屬性；(2)我們從理論上解釋了近十年來的一個實驗困惑，即為什麼基於過渡金屬氧硫族化合物(TM-Cs)的半金屬薄膜在實驗上很難以閃鋅礦結構外延生長，我們預言到它們的岩鹽結構薄膜更容易外延生長，自旋軌道耦合對它們的自旋極化率影響很小。其中，我們對岩鹽結構CrTe的理論預言很快被新加坡的實驗小組所驗證。同時，我們設計出了基於半金屬磁體CrTe的具有良好自旋二極體效應的異質結CrTe/ZnTe和磁隧道結CrTe/ZnTe/CrTe (隧道磁阻高達4×109%)；(3) 我們對A3Z型的二元Heusler合金進行了系統的第一性原理研究，發現了幾個零能隙的半金屬亞鐵磁體、半金屬反鐵磁體和自旋無能隙半導體。它們相對傳統的三元霍伊斯勒合金具有更小的結構無序性，這使得它們成為潛在的自旋電子學材料。
