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本文采用基于密度泛函理论(DFT)的全势线性缀加平面波(FPLAPW)方法,对ZnTe基稀磁半导体的磁性质和电子结构进行了第一性原理的研究。
对于掺杂浓度为12.5[%]的n(Mn,V)Te,我们首先进行能量计算,确定了Zn(Mn)Te的反铁磁(AFM)态是体系的基态,而铁磁(AFM)态是亚稳态,这和Kulatov et al计算的结果是一致的,然而对于Zn(V)Te,铁磁(FM)态是体系的基态,而反铁磁(FM)态是亚稳态,这和实验结果一致。通过对磁矩的计算发现,FM态中每个Mn(V)Zn7Te8的总自旋磁矩为5.000μB(2.945μB),Mn(V)磁矩为4.311μB(2.518μB),因此自旋磁矩都主要来源于过渡金属Mn(V),同时Mn(V)的3d轨道和Te的5p轨道之间的杂化作用也导致有少量磁矩产生。最后我们通过态密度分析发现它们都具有半导体特性。
对于掺杂浓度为25[%]的Zn(Cr)Te,通过对能量、自旋磁矩和态密度的分析,得出此物质的基态是铁磁态,这与实验所得的结论是一致的,CrZn3Te4总的自旋磁矩为4.000μB,自旋磁矩主要来源于Cr的3d轨道,Cr的3d轨道和Te的5p轨道之间也存在着强烈的杂化作用,从而导致有少量磁矩产生,并且由整数倍磁矩和态密度可以看出它具有半金属特性。
稀磁半导体和半金属铁磁体是非常重要的自旋电子学材料,具有很大的潜在应用价值,它们的研究对自旋电子学及自旋电子器件的发展具有重要意义。