LiXP(X=Zn,Be,Cd)基稀磁半导体的磁电性质研究

来源 :重庆师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dark_hu
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随着电子器件的微型化接近物理极限,面对日益增长的信息处理和存储要求,如何进一步利用电子的自旋属性成为当前自旋电子学研究的中心问题,而稀磁半导体将微观电子学与自旋相互作用相结合,同时利用电荷自由度和自旋自由度,实现存储和处理一体化的特点,使其成为了自旋电子学的主导材料,理想的稀磁半导体应具有高于室温的铁磁转变温度以及实现自旋和电荷的分离调控。本文首先通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对Fe掺杂Li Zn P,Mn掺杂LiBeP以及Mn掺杂LiCdP进行了理论计算,研究了各体系的磁电性质,然后实验合成了Mn掺杂LiCdP的多晶材料,测量并分析了其结构、磁性和电性。结果表明:(1)Fe的掺入使体系产生自旋极化杂质带,Fe的3d态与Li2s态,Zn4s态以及P3p态的态密度峰在费米能级处出现重叠,产生sp-d轨道杂化,材料表现出金属性。当Li空位时,根据Zener理论发现少Li可以提高体系的居里温度。而Li填隙时,体系表现为100%自旋极化的半金属材料,表明掺杂体系的磁性和电性可以分别通过Fe的掺入和Li的含量进行调控。(2)Mn掺杂LiBeP的计算结果表明,Mn掺入后,体系形成了较强的共价键Mn-P键,影响着整个体系的电荷分布。当Li不足时,轨道发生了sp-d杂化,体系变为半金属性,说明体系性质受Li计量数的影响,而且通过提高磁性掺杂元素的掺杂浓度,可以增强体系的半金属性。(3)对Mn掺杂LiCdP进行理论计算,结果发现Mn掺杂浓度为6.25%时结构产生自旋极化,体系产生净磁矩。而且对Li不足和Li填隙的的计算发现,这两种体系均表现为半金属性,Li填隙时的半金属带隙值接近了0.5 eV,说明Mn掺杂LiCdP是自旋电子学器件良好的后备材料。(4)通过高温固相法成功制备了Mn掺杂LiCdP的块材,XRD测量结果表明其具有很好的单相结构,晶格常数随掺杂浓度的增加而增大。电性测量发现LiCdP的电阻率随温度的增加而减少,但当Mn掺杂浓度为5%时,材料仍然表现出半导体行为,且由于Mn的掺入电阻明显增大,说明Mn的掺入在体系中形成了局域自旋,磁性测量同样证实了这一现象,且在T=300 K时,观察到了ZFC和FC曲线发生了分离,表明Mn掺LiCdP的居里温度为300 K,具有接近于室温的铁磁转变温度。
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