杨明宇 杨倩 张勃张旭 蔡颂 薛玉龙 周铁戈

(南开大学电子信息与光学工程学院,天津 300350)

(2016年11月27日收到;2016年12月28日收到修改稿)

5d过渡金属原子掺杂六方氮化铝单层的磁性及自旋轨道耦合效应:可能存在的二维长程磁有序∗

杨明宇 杨倩 张勃†张旭 蔡颂 薛玉龙 周铁戈

(南开大学电子信息与光学工程学院,天津 300350)

(2016年11月27日收到;2016年12月28日收到修改稿)

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了5d过渡金属原子(H f,Ta,W,Re,Os,Ir,Pt, Au和Hg)取代六方氮化铝单层中的A l原子的几何结构、电子结构、磁性性质、铁磁态与反铁磁态能量差(EFM−EAFM)以及自旋轨道耦合效应导致的磁各向异性.研究发现Hg掺杂的体系中,5d金属原子和最邻近的N原子的键长最大,平均值为2.093Å,之后依次是Au,H f,Pt,Ta和Ir.态密度结果显示掺杂体系的禁带中出现明显的杂质能级,给出了掺杂体系的总磁矩以及自旋密度的分布.对于EFM−EAFM,Hf,Re,Pt和Au四种原子的掺杂在4×8超胞中到达最大值,分别为−187.2563,286.2320,−48.0637和−61.7889meV.磁各向异性结果中,Re掺杂的磁各向异性最大,达到11.622 meV.结合以上结果,我们预测5d过渡金属原子掺杂六方氮化铝单层可能存在二维长程磁有序.

六方氮化铝单层,第一性原理计算,密度泛函理论,自旋轨道耦合效应

1 引 言

二维纳米材料[1−4]在纳米电子学[5,6]和自旋电子学[7−9]中都有很好的应用前景,因此针对二维纳米材料的研究备受关注.为满足二维材料在实际应用中的各种需要,对它们的电子结构、磁性性质的调制尤为重要[10−12].二维材料的磁性研究是重……