Changmeng Huan 1, 2 , Pu Wang 1, 2 , Binghan He 1, 2 , Yongqing Cai 3, * , Qingqing Ke 1, 2, *
BaTiO 3 化合物:DFT 研究 A. Sohail a、SA Aldaghfag b、MKButt a、M. Zahid c、M.Yaseen a,*、J. Iqbal c、Misbah c、M. Ishfaq a、A. Dahshan d、ea 自旋光电子学和铁热电 (SOFT) 材料与器件实验室,巴基斯坦费萨拉巴德 38040 农业大学物理系 b 沙特阿拉伯利雅得 11671 诺拉公主大学 (PNU) 科学学院物理系 c 巴基斯坦费萨拉巴德 38040 农业大学化学系 d 沙特阿拉伯艾卜哈国王大学科学学院物理系 e 埃及塞得港大学科学学院物理系 钒 (V) 掺杂对采用自旋极化理论研究了不同浓度(x = 12.50%、25%、50%、75%)对BaTiO 3 钙钛矿物理性能的影响。两种状态的电子能带结构(BS)表明,Ba 0.875 V 0.125 TiO 3、Ba 0.75 V 0.25 TiO 3、Ba 0.5 V 0.5 TiO 3 和Ba 0.25 V 0.75 TiO 3 化合物均为半金属铁磁(HMF)材料。结果表明,V 对Ba 1-x V x TiO 3 化合物的HMF行为起着重要作用。此外,磁特性证实了所有所述化合物的磁矩的整数值。在光学性能方面,还计算了反射率R(ω)、光吸收α(ω)、介电函数ε(ω)、消光系数k(ω)和折射率n(ω)。完整的光学参数集表明上述材料可用于可见-紫外光电子器件。基于半金属 (HM) 的结果,V 掺杂的 BaTiO 3 可用于自旋电子学应用。 (2021 年 6 月 20 日收到;2021 年 10 月 5 日接受) 关键词:半金属铁磁体、态密度、磁矩、光学参数 1. 简介在过去的十年中,HMF 材料因其在隧道结、光电子学和磁性器件中的应用而引起了人们的广泛关注。此外,HMF 材料在自旋电子学中起着重要作用,因为这些材料包含两种自旋态,一种自旋版本表现出金属行为,而另一种自旋态表现得像半导体或绝缘体。HMFM 化合物,例如 PtMnSb 和 NiMnSb Heusler 合金,最初由 Groot 等人 [1- 4] 报道。
“ Pai-Graphene:一种新的拓扑半学二维碳同质量,具有高度可调的各向异性狄拉克锥”。Chen X,Bouhon A,Li L,Peeters FM,Sanyal B,Carbon 170,477(2020)。http://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.08.012
层状过渡金属硫族化物是电子 Weyl 节点和拓扑超导的有希望的宿主。MoTe 2 是一个引人注目的例子,它同时包含非中心对称 T d 和中心对称 T ' 相,这两种相都被认为是拓扑上非平凡的。施加的压力会将这些相分离的结构转变调整到零温度,从而稳定混合的 T d – T ' 矩阵,该矩阵包含两个非平凡拓扑相之间的界面网络。本文中,我们表明,这一临界压力范围以不同的相干量子振荡为特征,表明拓扑非平凡 T d 和 T ' 相之间的拓扑差异产生了一种新兴的电子结构:拓扑界面网络。拓扑非平凡电子结构和锁定变换势垒的罕见组合导致了这种违反直觉的情况,其中可以在结构不均匀的材料中观察到量子振荡。这些结果进一步开启了稳定多种拓扑相与超导共存的可能性。
这使得它们可以使用更少的接触,从而实现更高效的热电转换。具有“轴相关传导极性 (ADCP)”或角极导体的材料,在一个方向上传导正电荷 (p 型 ),在另一个方向上传导负电荷 (n 型 ),是横向热电装置的有希望的候选材料。不幸的是,到目前为止,对横向热电效应 (TTE) 的直接演示研究较少。
利用其电子结构的特性来观察独特的物理现象,例如手性[15–17]和轴引力异常、[18]圆形光电效应、[19–20]手性声波、[21–22]表面态增强的埃德尔斯坦效应[23]或最近提出的手性霍尔效应。[24]大多数这些效应的观察取决于是否可以轻松访问WSM的拓扑电子态。在这方面,抑制非拓扑(平凡)表面态以及修改费米能级位置以获得所需费米面拓扑的能力将允许充分揭示拓扑表面态对物理可观测量的作用,此外,还可以按需构造费米面以利用电、声或光可测输出。到目前为止,电子结构的多样性是通过探索不同的 WSM 实现的,但对同一材料中拓扑能带形状和大小的真正控制仍然难以实现,主要是因为缺乏自下而上的超高真空合成方法,无法控制表面终止和费米能级位置,例如通过掺杂或应变。需要克服这一挑战才能实现费米能级设计的韦尔半金属异质结构,从而产生大量新平台来探索基于拓扑的基本现象和设备应用。在这项工作中,我们展示了 I 型韦尔半金属 NbP 电子结构的两种显著修改,这得益于成功的外延薄膜生长合成路线。 [25] 首先,由于表面悬空键被有序磷终端饱和,NbP 的蝴蝶结状(平凡)表面态被完全抑制,表现为(√2×√2)表面重构。其次,通过用 Se 原子化学掺杂表面,费米能级发生约 + 0.3 eV(电子掺杂)的大幅偏移,同时保留了原始的 NbP 能带结构特征,从而首次在实验中可视化了远高于 Weyl 点的拓扑能带色散,并强调了通过分子束外延过程中的表面化学掺杂可以实现的大费米能级可调性。我们的工作为实现最近的理论提议开辟了可能性,例如依赖于纯拓扑
由于自旋极化受 Heusler 合金元素组成的影响,因此表征和优化 Heusler 合金的原子组成以实现最高自旋极化非常重要。但目前用于确定半金属自旋极化的方法要么耗时,要么仅提供间接测量。
由于纤锌矿半导体中的自旋轨道耦合与闪锌矿半导体相比相对较弱,因此 III 族氮化物半导体 GaN 是用于高性能光学半导体自旋电子器件(如自旋激光器)的有前途的材料。为了降低自旋激光器的工作功率,有必要展示从铁磁材料到具有低电阻接触的 GaN 的高效电自旋注入。这里,通过在 CFAS 和 GaN 之间插入超薄 Co 层,开发了外延半金属 Heusler 合金 Co 2 FeAl x Si 1 − x (CFAS)/GaN 异质结构。CFAS/ n + -GaN 异质结清楚地显示了隧道传导,整流非常小,电阻面积积低至 ≈ 3.8 k 𝛀 μ m 2,比以前工作中报道的要小几个数量级,在室温下。使用具有 CFAS/ n + -GaN 接触的横向自旋阀装置,在低温下观察到非局部自旋信号和 Hanle 效应曲线,表明块状 GaN 中存在纯自旋电流传输。在高达室温的温度下观察到自旋传输,在低于 2.0 V 的低偏置电压下具有 0.2 的高自旋极化。这项研究有望为具有高度自旋极化和低电阻接触的 GaN 基自旋电子器件开辟一条道路。
众所周知,由于电子表面散射,传统金属(如铜)的电阻率在薄膜中会增加,从而限制了金属在纳米级电子器件中的性能。在这里,我们发现在相对较低的 400°C 温度下沉积的磷化铌 (NbP) 半金属中,随着薄膜厚度的降低,电阻率会异常降低。在厚度小于 5 纳米的薄膜中,室温电阻率(1.5 纳米厚的 NbP 约为 34 微欧姆厘米)比我们的块体 NbP 薄膜的电阻率低六倍,并且低于类似厚度的传统金属(通常约为 100 微欧姆厘米)。NbP 薄膜不是晶体,而是在非晶态基质内表现出局部纳米晶体、短程有序。我们的分析表明,较低的有效电阻率是由通过表面通道的传导以及薄膜厚度减小时的高表面载流子密度和足够好的迁移率引起的。这些结果和在此获得的基本见解可以实现超越传统金属限制的超薄、低电阻率纳米电子线。
最近,基于控制旋转的电流已经在电子工业中开设了一门名为Spintronics的新学科[1-6]。半金属是在Spintronics行业中合适的候选材料,以增加NMR和GMR中的磁性记忆和应用。[7]这些材料在另一个自旋和半导体中是金属,在费米表面附近有一个间隙。因此,这些材料是完全磁性的,并且在费米表面附近具有较大的磁性极化。一般而言,三类的半金属命名为二进制和全赫斯勒,而半身的化合物则引起了人们的强烈关注[8-10]。Groot等人首次预测NIMNSB和PTMNSB Heusler化合物的半金属特性[11,12]。然后,其他半金属啤酒器化合物(HM),例如Comnsi,是