磁性雜質在反鐵磁晶格中的磁耦合和團簇化現象的研究

《磁性雜質在反鐵磁晶格中的磁耦合和團簇化現象的研究》是依託華南理工大學，由趙宇軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：磁性雜質在反鐵磁晶格中的磁耦合和團簇化現象的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：趙宇軍
• 依託單位：華南理工大學

項目摘要

在反鐵磁體系中通過摻入非等價態的磁性雜質來實現巨觀鐵磁性，不僅在基礎研究上有重大的理論意義，對拓展磁性半導體和多鐵材料的實際套用也有重要的實踐意義。本項目擬利用第一性原理計算對過渡金屬磁性雜質在幾種具有反鐵磁晶格的閃鋅礦結構的半導體（如MnTe等，磁性原子局域為四面體結構）和鈣鈦礦結構多鐵材料（BiCoO3等，磁性原子局域為八面體結構）中的磁耦合和團簇化現象進行研究。同時對磁性雜質在鈣鈦礦多鐵材料中的磁耦合作用展開相應的實驗研究。通過與磁性雜質在相應的無磁性體系中相互作用的比較，了解反鐵磁網路是否能增強磁性雜質之間的鐵磁性關聯，是否能幫助克服大多數磁性半導體中經常出現的團簇化現象。進一步分析和總結晶體結構和電子結構對磁耦合的影響，結合基於逾滲理論(percolation)的Monte Carlo模擬研究相關體系中實現巨觀鐵磁性對磁性雜質濃度的要求。

結題摘要

磁性雜質間的團簇化及其弱的磁耦合是阻礙通過摻雜傳統半導體來實現自旋電子學器的主要障礙。我們已經在一定程度上理解了半導體本身的晶格磁背景對過渡金屬雜質的團聚和磁耦合的影響。摻雜原子在非磁性的II-VI族半導體母體（ZnTe和CdTe）的性質相比較，我們發現Mn的反鐵磁背景明顯地減緩了除了Ni以外的這些過渡金屬的團簇化趨勢。同時，MnTe中的反鐵磁背景也增強了Fe和Ni雜質之間的鐵磁耦合，以及Co雜質之間的反鐵磁耦合。綜合來看，MnTe的反鐵磁背景對Fe雜質同時具有減緩團簇化。通過基於第一性原理的高通量計算，研究了2000多種可能的半哈斯勒合金的自旋軌道耦合對其能帶結構的影響，並發現LiAuS和NaAuS是具有最寬頻隙的半哈斯勒合金拓撲絕緣體。另外我們還開展了一些鈣鈦礦多鐵材料的結構穩定性，以及雜質磁性原子在這些體系中的磁耦合機理等工作。