مقاله ها

خاصیت نیم فلزي در فصل مشترک SrC/GaSb با تغییر تعداد لایه ها

باشوکی، زهرا

گروه فيزيک، دبرستان خترانه سپهر معرفت،

چكيده

با استفاده از محاسبات اصول اولیه بر پایه نظریه تابعی چگالی خاصیت نیم فلزی ابرساختارSrc/GaSbدر ساختار تتراگونال در سه وضعیت متفاوت از لحاظ تعداد لایه  20) ، 24 و( 28 بررسی شده است. با توجه به محاسبات و نتایج، ابر ساختار SrC/GaSb در هر سه ساختار 20 ، 24و 28 لایه می توانند نیم فلزی را در فصل مشترکشان حفظ کنند، اما ساختار 28 لایه هم مقدار گشتاور

مغناطیسی بزرگتر و هم گاف نیم فلزی بزرگتری را دارد. بنابراین ساختار 28 لایه کارایی بیشتری جهت کاربرد در صنعت اسپیترونیک را دارد

.                    

 

Half-metallic properties in the interface SrC / GaSb changing the number of layers

Bashoki, zahra  

1Physics Department, sepehr marefat high school

zahrabashoki@yahoo.com

Abstract

 

Using computing principles based on density functional theory properties of half-metallic supercell  Src / GaSb structure of tetragonal in three different situations in terms of the number of layers, ( 20, 24 , 28) are investigated. According to the calculation results, cloud structure SrC / GaSb in all three structures 20, 24 and 28 half-metallic layer can be maintained in the joint, but also the structure of 28 layers of torque
Larger magnetic and half-metallic gap is larger. Thus, the layer 28 is more efficient to use in spintronic industry

 


مقدمه

يکي از مباحث جديد علمي که امروزه توجه بسياري از محققان را به خود جلب کرده است مبحث اسپينترونيک است. اسپينترونيک يک شاخه جديد از الکترونيک است که به مطالعه نقشي که اسپين الکترون در فيزيک حالت جامد ايفا مي کند مي پردازد . ذراتي که ما آنها را الکترون مي ناميم علاوه بر بار الکتريکي داراي اسپين نيز هستند. قطعات الکترونيکي مرسوم تنها از بار الکتريکي استفاده مي کنند در حالي که قطعات اسپينترونيک از هر دو ويژگي بهره مي گيرند .قابليت ايجاد سرعت هاي بسيار بالا در پردازش اطلاعات ، کاهش توان مصرفي ، ساخت حافظه هاي غير فرار با سرعت و ظرفيت بالا در ذخيره سازي اطلاعات از مزيت هاي فناوري اسپينترونيک در مقايسه با روش هاي معمولي و در دسترس امروزي است. در علم اسپينترونيک با نگرشي متفاوت به ويزگيهاي الکترون تلاش مي شود که کارايي ابزارهاي الکترونيکي افزايش يابد.

فرومغناطیسهاینیمفلز (HMF) ، [1] کهیککانالاسپینیآنهارفتارفلزیداردوکانالدیگرنیمرسانااست[2]  ،ازاهمیتویژهایدرکاربردهایاسپینترونیكیبرخوردارهستند. اززماناولینپیشگوییدربارهخاصیتHMF درترکیباتهویسلرNiMnSb و PtMnSbدرسال 1983 توسطGrootوهمكارانش -کهدرمرجع 3 بیانشدهاست-سیستمهایفراوانییافتشدهاندکهدارایاینخاصیتهستند. بهعنوانمثالاکسیدهایفرومغناطیسمانندCrO2 ، Fe3O4،نیمهرساناهایمغناطیسیباغلظتکموبرخیترکیباتپروسكایت    Pnictide[ 3]هاوchalcognideهایفلزاتواسطهدرساختارZBبااستفادهازمحاسباتاصولاولیهموردبررسیقرارگرفتهاند  [4]  وپیشبینیشدهکهبسیاریازاینترکیباتفرومغناطیسنیمفلزیهستند. درسال 2004 برایاولینبارخاصیتHMFدرترکیباتیکهشاملفلزاتواسطهنبودندتوسطگیشیوهمكارانشگزارششد[ 5]. درهمانسالپیشبینیشدکهPnictideهایCaدرساختارZBفرومغناطیسنیمفلزهستند. درسال 2006 خاصیتHMFدربسیاریازترکیباتZB-II-V نشاندادهشد[6]. شكلگیریخاصیتفرومغناطیسیدرترکیباتیکهشاملفلزاتواسطههستند،ازمكانیسمتبادلیدوگانهوهیبریدشدگیp-dناشیمیشودولیخاصیتمغناطیسیترکیباتMCازایندلایلپیروینمیکنند.

چنینسیستمهاییبهدودلیلدارایاهمیتهستند. یكیبهخاطرکاربردهایاسپینترونیكیو

دیگراینكهمیتوانازآنهابهعنوانمدلیبرایمطالعهمكانیسمهایجدیدشكلگیریخاصیت

فرومغناطیسیبهرهبرد. [6] درمرجع[ 6]   نشاندادهشدهکهترکیباتMCدرحالتکپهایبا

ساختارZBدارایخاصیتنیمفلزیهستندوگافنیمفلزیبزرگودمایکوریبالا،آنهارابه

عنوانکاندیداهاییدراستفادههایاسپینترونیكیمطرحساختهاست.

ازاینرودراینمقالهسعیشدهاستکهنیمفلزSrCرارویزیرلایهنیمرسانایGaSbقرار

دادهوحفظخاصیتنیمفلزیرادرفصلمشترکآنهادرسهوضعیتمتفاوتازلحاظتعدادلایه

20 )، 24 و 28 لایه( بررسیشود. محاسباتنشاندادندکهدرهرسهساختاراینویژگیحفظمی

شودمنتهادرحالت 28 لایهاینامرقویتروازاینرومحتملتربرایاستفادهدرصنعتاسپینترونیکمیباشد

جزييات محاسباتي

در اين مقاله از کد محاسباتي PWSCF [3] از بسته نرم افزاری ESPRESSO براي انجام محاسبات استفاده شده است. اين کد بر پايه نظريه تابعي چگالي استوار است[4]. براي حل معادلات حاکم بر مساله از رایبسطتوابعموجازامواجتختوهمچنینازرهیافتشبهپتانسیلبرایبرهمكنش

یونالكتروناستفادهمیشود. شبهپتانسیلهای فوقنرمباتقریبGGAتولیدشدهتوسط

Perdewوهمكارانشکهدرمرجع 2 مطالعهشده- مورداستفادهقرارگرفتهاست.شده است

 

 

شكل 1 . نمودار چگالی حالت های SrC در حالت) ZB بالا( و تتراگونال )پاین(

 

نتایجوبحث

درابتدایباکمینهسازیانرژیبرحسبثابتشبكه،ثابتهایشبكهتعادلیرامحاسبهکردیم.

نتایجبهدستآمدهدرتوافقخوبیبانتایجقبلیبودند. بهعنوانمثال،شكل 1 )سمتچپ( . نمودار

چگالیحالتهای ) DOS ( مربوطبهترکیبBaC رانمایشمیدهد. همانطورکهملاحظهمی

شود،اسپیناکثریت )بالا( رفتارنیمرساناییواسپیناقلیت )پایین( رفتارفلزیازخودنشانمیدهندکهمشحضهموادنیمفلزاست. برایبررسیپایداریخاصیتنیمفلزیدرمقابلانحرافازحالتمكعبیانرژیکلومغناطشدرواحدفرمولشیمیاییمجبورهستیمدراینجافرضکنیمهنگامیکهشبكهازحالتمكعبیخارجمیشود،حجمثابتاستوحجمتعادلیهمانحجمیاستکهازپارامتربهینهشدهبهدستمیآید. درواقعمانیمفلزیرابارسمنمودارچگالیحالتهابرای

وضعیتتتراگونالنیزبررسیکردیمومشاهدهشدکهدروضعیتجدیدنیزنیمفلزیحفظمیشود

درمرجلهبعد،ابرساختارSrC/GaSb رابرایسهحالتمتفاوتشبیهسازیشد. دراینجافقطنمودارهایمربوطبهساختار 28 لایهآوردهشدهاستوبقیهتوضیحوتفسیرمشابهیدارند. شكل 3 نمودارنیروهایواردبراتمهارانشانمیدهد. همانطورکهپیداستتعدادلایههامناسبانتخابشدهاندزیرانیروهاییکهبهلایههایمیانیساختارواردمیشوندصفریانزدیکصفرهستند. همانطورکهازجدول 1 . پیدااست،محاسباتمربوطبهخواصمغناطیسیساختارهانشانمیدهدکهیکگافنیمفلزیومغناطشکلصحیحیبرایآنهاوجوددارد. کهالبتهمقادیربرایساختار 28 لایهبیشتراستوازاینرواینساختارمناسبترازدیگرساختارهااست. درنهایتبارسمنمودارچگالیحالتهایمربوطبهساختار 28 لایه )شكل 4 ( متوجهشدیمکهاینساختار،ترکیبمناسبیبرایاستفادهدرصنعتاسپینترونیکاست

 

 

شكل 3 . نمودار نیروهای وارد شده بر اتمهای ابرساختارSrC/GaSb

 

شكل 4 . نمودار چگالی حالت های ابرساختار SrC/GaSb

 

 

گاف کل (ev)

گاف نیم فلزی (ev)

مغناطش کل

µB

تعداد لایه

1.361

0.122

/ 0 نظر / 6 بازدید