بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه خواصالکترونی و مغناطیسی سطوح TiBi - 001 - در ساختار بلند روی و فصل مشترک آن با نیم رسانای InSb در چارچوب نظریه تابعی چگالی و با روش FPLAPW+lo مطالعه شده است. سطوح ختم به Ti خاصیت نیمه فلزی خود را حفظ می کنند درصورتی که خاصیت نیمه فلزی سطوح ختم به Bi به واسطه حالت های الکترونی نشات گرفته از اربیتال p اتم Bi از بین رفته است. دیاگرام فازی حاصل نشان می دهد که در µTi≈-0.22Ry گذار فازی از Bi - 001 - به Ti - 001 - رخ داده است. همچنین خاصیت نیمه فلزی در فصل مشترک TiBi/InSb حفظ شده است.
مقدمه
از حدود 10 سال پیش توجه بسیاری از گروه های تحقیقاتی به فرومغناطیس های نیم فلزی جذب شد. این مواد دارای خواص فلزی در کانال اسپینی اکثریتی و خاصیت نیمه رسانایی در کانال اسپینی اقلیتی هستند و از جمله مواد مطلوب درصنعت اسپینترونیک محسوب می شوند. از مزیت های فناوری اسپینترونیک در مقایسه با روش های معمول قابلیت ایجاد سرعت
های بالا در پردازش اطلاعات، کاهش توان مصرفی، ساخت حافظه های غیر فرار با سرعت بالا و ظرفیت بالا در ذخیره سازی اطلاعات است. اول بار گروت و همکارانش خاصیت نیمه فلزی را در ترکیبات نیمه هویسلر NiMnSb و [1] PtMnSb پیشگویی کردند.
در ادامه تلاش هایی برای رشد ترکیبات با ساختار بلند روی - - ZB مانند MAs و M - MSb یک فلز واسطه است - که سازگار با نیم رساناهای III-V و II-VI هستند، صورت گرفته است4 ]و3،.[2 فاز پایدار این مواد اغلب ساختارهای NiAs و MnP است. ساختار بلند روی در این مواد تنها با رشد بر روی یکی از نیمه رساناهای مذکور متبلور می گردد. اخیرا ساختار بلند روی TiBi درحالت کپه ای مورد بررسی قرار گرفت[5]، پارامتر شبکه برای این ساختار برابر با 6,49Å بدست آمده است که اختلاف کمی با پارامتر شبکه نیم رسانای InSb - 6.631Å - دارد. لذا InSb می تواند بستر مناسبی برای رشد TiBi به حساب آید. مهمترین نکته حفظ خاصیت نیمه فلزی در سطوح و فصل مشترک این مواد در هنگام رشد می باشد. در این مقاله به بررسی خواص ساختاری، الکترونی و مغناطیسی سطوح TiBi - 001 - و فصل مشترک TiBi با نیم رسانای InSb پرداخته ایم.
روش محاسبات
محاسبات بر پایه نظریه تابعی چگالی و با استفاده از روش FPLAPW+lo و با تقریبGGA انجام شده است. پارامتر بردار موج قطع Kmax به صورت R MT - 8/RMT کوچک ترین شعاع کره موفین تین است - انتخاب شده است. شعاع کره موفین تین برای ترکیب TiBi برابر 2 a.u در نظر گرفته شده است. مش بندی نقاط k داخل منطقه اول بریلوئن به شکل 8×8×8 و 8×8×1 به ترتیب در بخش محاسبات کپه ای و ابریاخته ها انتخاب شده است.
نتایج و بحث
خواص ساختاری: ابتدا با محاسبه انرژی کل بر حسب حجم در حالت فرومغناطیس پارامترهای ساختاری برای ترکیب TiBi محاسبه گردید. پارامتر های ساختاری شامل ثابت شبکه بهینه - - a،
مدول حجمی - - Bp، مشتق مدول حجم - - B´ و انرژی بستگی - - Ec اندازه گیری شد که در جدول 1 آمده است.
خواص الکترونی: برای بررسی خواص الکترونی در گام اول نمودار ساختار نوار انرژی ترکیب TiBi در فاز بلند روی محاسبه شد، که در شکل1 برای هر دو حالت اکثریتی - اسپین بالا - و اقلیتی - اسپین پایین - نمایش داده شده است. طبق شکل در کانال اسپینی اکثریتی سطح فرمی نوارهای انرژی را قطع کرده است ولی در کانال اقلیتی در گاف انرژی قرار می گیرد. بنابراین خاصیت نیمه فلزی این ترکیب تایید می شود. یکی از مهم ترین پارامترها در نیم فلزات گاف اقلیتی - Eg - و گاف نیمه فلزی - EHM - است که این مقادیر برای ترکیب فوق به ترتیب 1,43eV و 0,14eV بدست آمده است.
از آنجایی که انرژی بستگی اتم Ti برابر با -0,398 Ryd و برای اتم Bi برابر با -0,173 Ryd می باشد ، در نتیجه اتم Ti در سطح با از دست دادن دو همسایه از چهار همسایه اش میل به ناپایداری بیشتری دارد. همچنین در جدول3 فواصل بین لایه ای در ابریاخته های مربوط به سطوح متفاوت آمده است که با نتایج مربوط به محاسبات کپه ای مقایسه شده است. مطابق جدول فواصل لایه های سطحی و زیرسطحی - - h0 نسبت به حالت کپه ای کاهش داشته است. علت آنست که اتم های سطحی با از دست دادن دو همسایه ی خود با اتم های زیر سطحی پیوند قویتری تشکیل داده و در نتیجه فواصل بین آنها کاهش یافته است.
