赵中霞 任韧 任奕璟 周志立

(西安交通大学理学院，西安710049)

过渡元素掺杂Fe3O4(001)表面磁电性能的理论研究

赵中霞 任韧＊任奕璟 周志立

(西安交通大学理学院，西安710049)

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，计算Fe3O4，Fe3O4(001)表面以及过渡元素掺杂表面的电子结构和磁性。结果表明Fe3O4的半金属性主要来源于B位Fe离子，并且Fe的3d轨道发生强烈自旋极化；比较(001)表面不同终端A和B终端的表面能和电子结构，得出两种终端稳定性存在差异且A终端较稳定同时表现半金属性；由过渡元素V、Cr、Mn、Co、Cu和Zn取代Fe3O4(001)表面A终端A位Fe进行掺杂，形成的6种新表面结构都保持了半金属性。对比它们的表面能和磁矩，Mn掺杂的表面结构最稳定并且磁矩明显增大。

Fe3O4；密度泛函理论；电子结构；磁性能；表面能

0 引言

早在1983年，De Groot等[1]对half-Heusler合金NiMnSb和PtMnSb等材料的电子结构进行研究时，发现一种新型的特殊能带结构。这种能带结构同时具有金属和绝缘体的能带特性，即一种自旋方向的电子态密度越过费米能级，此方向的电子导电，表现金属性；而另一种自旋方向的电子，费米能级处于能隙内，此方向的电子不导电，具有这种能带结构的物质称为半金属。半金属的特殊能带结构，使其具备了特殊的性质：它在费米能级的电子自旋极化率理论上高达100%[2-4]；它的磁矩是玻尔磁矩的整数倍[3,5]；某些半金属具有很高的居里温度[2,6]。半金属的这些特殊性质，使其在核自旋压力显微成像和自旋电子器件中具有非常广泛的应用前景。此后，在对半金属的系统研究中，人们已经发现了数百种半金属材料。……