封文江, 谢金峰, 高 雅, 徐乾浩, 刘 岩, 赵雪桐

(沈阳师范大学 物理科学与技术学院, 沈阳 110034)

碱土金属化合物是自旋电子学的重要研究对象之一,与传统电子学不同,它既利用电子的电荷属性,同时也把电子的自旋作为信息的载体,来更高效地对信息进行处理和存储,目前已普遍应用于通信、信息存储、工业等领域中,具有重要的科研价值[1]。

2004年, Kusakabe等计算了ZB结构下的CaAs,其能带结构图中表明具有半金属性,总磁矩为2 μB。之后人们又发现了半金属性在ZB结构IIA-IVA、IA-VA[2]及IA-IVA[3]化合物中存在。传统的半金属材料中主要由过渡金属的d电子贡献其半金属性的形成,同时一般也都表现为铁磁性,但是在ZB结构的碱(碱土)金属IVA、VA族化合物中,没有过渡金属等磁性原子的存在,因此主要是由IVA、VA族元素的p电子贡献其半金属铁磁性。本文利用密度泛函理论的第一性原理方法,计算了碱土金属与C原子化合物的磁学性能与力学性能,并依靠分析计算所得数据得出合理的结论。

1 计算方法

对材料分析的理论方法是基于量子力学密度泛函理论的第一性原理。Materials Studio6.0的CASTEP模块是基于赝势平面波用于计算与电子交换相关能,考虑到电子密度的不均匀性采用广义梯度算法(GGA)来模拟计算XC(X=Mg、Ca、Sr、Ba)化合物的磁学性能与力学性能。为了使总能量更好地收敛,对4种化合物的3种不同结构的初次优化设置的参数为:布里渊区k点值设置6×6×6,截断能为310 eV,总能收敛精度设为1×10-6eV。

2 结果与讨论

2.1 晶体结构

图1 XC的晶体结构Fig.1 Crystal structure of XC

2.2 基态性质与磁性

图2中分别表示XC在3种不同结构(RS、ZB、CsCl)下改变晶格常数时得到的结构最低能量。……