C掺杂AIN铁磁性的第一性原理研究

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非磁性离子掺杂的磁性半导体成为凝聚态物理磁学研究领域的热点之一。其优点是可以避免磁性元素掺杂所导的非内秉磁性。本文使用VASP软件包,通过第一性原理的理论计算研究了C掺杂A1N体系的电子结构和磁学性质。 对Al32N31C体系做了GGA和GGA+U的计算。结果表明:本征A1N是没有磁性的,一个C替代N原子后体系显示磁性,磁矩为1.0μB。而GGA+U的计算结果显示,体系的自旋分布发生明显改变,并且体系由半金属态转变为绝缘态。 对Al36N34C2体系的六种组态(0,1-6)进行了铁磁和反铁磁耦合的计算。GGA计算结果表明:六种组态的基态均为铁磁态,且(0,4)和(0,5)组态最稳定。GGA+U计算结果表明:(0,3)组态的基态为反铁磁性,其余组态的基态仍为铁磁性,(0,4)与(0,5)组态基态能量依旧最稳定。C掺杂产生的磁矩之间所具有的长程铁磁耦合作用可以通过两能带模型来解释。
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