بخشی از مقاله
چکیده
با استفاده از محاسبات ابتدا به ساکن در قالب نظریه تابعی چگالی به بررسی خواص الکترونی و اپتیکی ترکیب تمام هویسلر Fe3 x Mnx Si با تراکمهای مختلف x - 0,0.75,1,1.25, 2 - پرداخته شده است.نتایج نشان میدهد که برای x 0,0.75,1.25 ترکیب دارای خاصیت نیم فلزی میباشد. پارامترهای اپتیکی از قبیل تابع دیالکتریک، تابع افت انرژی و جذب اپتیکی مورد بررسی قرار گرفته است. با رسم نمودار قسمت حقیقی تابع دیالکتریک مشاهده میشود حالات نیم-فلزی و فلزی رفتار متفاوتی را نشان می دهند. شکل نمودار جذب در محدوده انرژی های پایین دارای پهنشدگی بیشتری نسبت به محدوده انرژی های بالا میباشد. .
با رسم نمودار تابع افت انرژی مشاهده می شود که انرژی نوسانات پلاسمونی در حدود انرژی 25eV به دست میآید. از نمودارقسمت موهومی تابع دیالکتریک مشخص است در انرژی های خیلی پایین برای تمام حالت ها ابتدا یک روند افزایشی داریم با این تفاوت که برای حالت های نیم فلزی افزایش بسیار بیشتر از حالت های فلزی است، همچنین برای حالت های - x 0.75,1,1.25 - میبینیم که حالت های 0.75,1.25 دارای رفتار کاملاً مشابهی هستند اما حالت 1 x دارای رفتار متفاوتی نسبت به دو حالت نیم فلزی دیگر است بطوریکه در حالت x 1 نمودار دارای شدت بیشتری می باشد دلیل این پدیده وجود پیوند Mn Si در صفحه Y Z میباشد
کلمات کلیدی: نظریه تابعی جگالی، نیمفلزی، تابع دیالکتریک، ضریب جذب اپتیکی، تابع افت انرژی
مقدمه
در سال های اخیر تحقیقات فراوانی بر روی ترکیبات نیم فلز برای کاربرد در قطعات اسپینترونیکی صورت گرفته است .[1] نیمفلز مادهای است که الکترون های آن برای یک کانال اسپینی رفتار فلز مانند و برای کانال اسپینی دیگر دارای گاف انرژی در سطح فرمی هستند . نیمفلزات فرومغناطیس را می توان به صورت دسته بندیهای مختلفی از قبیل ترکیبات دوتایه فلزات واسطه[2] ، اسپینلها[3] ترکیبات هویسلر[5'4] بیان کرد.این ترکیبات هویسلر با داشتن دمای کوری بالا و قابلیت رشد آزمایشگاهی مناسب کاربرد صنعتی پیداکرده و مورد استفاده دا نشمندان علوم مختلف قرار گرفته است. در این میان ترکیبات هویسلر که خود به دو دسته نیم هویسلر - XYZSTRUCTURE - وتمام هویسلر - X 2YZSTRUCTUR E - تقسیم می شوند، به علت داشتن دمای کوری بالا مورد توجه زیادی قرار گرفته اند.[6]
اولین مطالعات نظری توسط دی گروت و همکارانش [7] در سال 1983 بر روی ترکیبات NiMnSb وPtMnSb انجام گرفت، که قطبش اسپینی 100 را برای این مواد پیش بینی کردند . ترکیب تمام هویسلر Fe3Si به علت قابلیت ساخت آسان در آزمایشگاه و داشتن دمای کوری در حدود 840K مورد مطالعات تجربی و تئوری فراوانی قرار گرفته است Hamaya .[9'8] و همکارانش نیز هم به صورت تجربی و هم با استفاده از مطالعات ابتدا به ساکن به بررسی خواص الکترونی و مغناطیسی Fe3 x Mnx Si پرداختند .[10] آنها دریافتند که برای درصدهای تراکم اتم منگنز در محدوده 0.75 x 1.5 ، ترکیب دارای خاصیت نیمفلزی است. به علت کاربرد فراوان این ترکیبات در صنعت و قطعات اپتوالکترونیکی، در این مقاله به بررسی خواص الکترونی و اپتیکی ترکیب Fe3 x Mnx Si پرداخته شده است . هدف چگونگی تغییرات این خواص برای درصده ای مختلف اتم منگنز 0,0.75,1,1.25,2 - - x است.
جزییات محاسبات
محاسبات با استفاده از روش امواج تخت بهبود یافته خطیFP LAPW و در چارچوب نظریه تابعی چگالی DFT [11] با استفاده از کد [12] WIEN2Kوباتقریب شیب تعمیم یافته خطیGGA انجام شده است.>13@ تعداد نقاط K در منطقه اول بریلوئن و بیشینه بردار موج سری فوریه به ترتیب 8,1000 انتخاب گردیده است، همچنین تعداد نقاط کاهش یافته K در منطقه اول بریلوئن برای بررسی خواص اپتیکی 2456 نقطه به دست میآید.
خواص الکترونی
برای بررسی رفتار الکترون های اسپین بالا و اسپین پایین چگالی حالات الکترونی مورد بررسی قرار گرفته است . چگالی حالات الکترونی برای الکترونهای اسپین بالا در همه ترکیبات سطح فرمی را قطع کرده که بیانگر خاصیت فلزی این کانال اسپینی است، اما درکانال الکترونهای اسپین پایین رفتار متفاوتی از خود نشان می - دهند. بررسیهای تجربی نشان می دهد که ترکیب Fe3 x Mnx Si درمحدودهی0.75 x 1.5 دارای خاصیت نیم فلزی می باشد در حالیکه در محدودهای غیر از این رفتار فلزی از خود نشان می - دهد .[10] با رسم چگالی حالات الکترونی مشاهده شد که درحالتهای x 0,2 در کانال اسپین پایین چگالی حالات الکترونی سطح فرمی را قطع کرده است .درحالیکه در حالت - های x 0.75,1,1.25 وجود گاف انرژی در سطح فرمی حالت اسپین پایین، رفتار نیم فلزی را بیان می کند، همان طور که مشاهده میشود نتایج به دست آمده با آ زمایشات تجربی همخوانی کامل دارد.
در انرژی های بالا مشاهده می شود که نمودار در حالت
