بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش خواص الکترونی و مغناطیسی نانوصفحه زیگزاگ 0 - ، - 6 آلومینیم نیترید خالص و آلایش یافته با %8 از عناصر واسطه در مکان وسط ساختار با استفاده از رهیافت نظریه تابع چگالی اسپینی و تقریب شیب تعمیم یافته GGA توسط کد محاسباتی SIESTA مطالعه شده است. چگالی حالتهای اسپینی قطبیده نشان میدهد که نانوصفحه 0 - ، - 6 خالص نیمرسانای غیر مغناطیسی است در حالیکه نانوصفحه آلایش یافته با عناصر واسطه نیمرسانای مغناطیسی رقیق شده یا نیم فلزند. بیشترین گشتاور مغناطیسی محاسبه شده کل ساختار مربوط به حالت آلایش Fe میباشد. درحالیکه بیشینه سهم گشتاور مغناطیسی عناصر واسطه برای اتم Mn بدست آمده است. باتوجه به نتایج این تحقیق، نانوصفحه آلومینیم نیترید آلایش یافته با عناصر واسطه به عنوان کاندیدای مناسب جهت کاربرد در قطعات اسپین ترونیکی پیشنهاد میشود.
واژههای کلیدی: نانوصفحه آلومینیم نیتراید، نظریه تابع چگالی، عناصر واسطه، اسپینترونیک
مقدمه
در چند سال اخیر تحقیق بر روی مواد گرافنی دو بعدی سریعترین رشد را در زمینه فیزیک نیمرساناها داشته است. این به خاطر ترکیب عجیب این ماده و خواص الکترونیکی قابل توجه آن می باشد .[1]الکترون دارای دو درجه آزادی بار و اسپین میباشد. هر کدام از این درجات آزادی به طور جداگانه در فیزیک نیمرساناها و مغناطیس استفاده میشوند و باعث کاربردهای عملی زیاد همچنین گسترش افقها در علوم پایه شده اند. اسپینترونیک ناحیه اتصال فیزیک نیمرساناها و مغناطیس میباشد زیرا هر دو درجه آزادی الکترون به طور همزمان در آن استفاده میشود .[2] یک مولفهی مهم دراستفاده از اسپین حاملها درقطعات اسپینترونیکی،تزریق اسپین قطبیده از یک منبع فرو مغناطیس میباشد.یک روش تزریق اسپین استفاده از مواد فرومگنتیت وعناصر واسطهای Cu, Fe, Co, Mn, V, Cr , Ni، Ti است که تراز dآنها درحال پر شدن است مثل آهن،کبالت،نیکل و...میباشد.
طیف وسیعی از مواد نیمرسانا با آلایش عناصر واسطه - عناصر مغناطیسی - وجود دارند.که این مواد را عموما به عنوان نمیرسانای مغناطیسی رقیق DMS میشناسند.آلایش ترکیبات گروه - III-V - با یونهای مغناطیسی نیز از این موضوعات قابل توجه درمطالعات محققان در زمینه DMS هاست.نیمرساناهای مغناطیسی رقیق شده موادند که نوع نیمرسانا غالبا از عناصر گروه - III-V - وگروه - II-VI - جدول تناوبی میباشد که با عناصر واسطه رقیق شدهاند.[3] ازترکیبات گروه - III-V - میتوان به AlN اشاره کرد که با توجه به خصوصیات منحصربه فرد ومفید آن مانند خواص الکتریکی بسیار عالی وداشتن گاف نواری بزرگ - - 6/2 eV که باعث افزایش جذب در خواص اپتیکی،الکترونیکی و فوتوالکترونیکی می شود و دارای طول پیوند 1/798 Å میتوان اشاره کرد.[4-5] نیمرساناهای مغناطیسی رقیق شده بر پایه نانوساختارهای AlN کاربرد گستردهای در صنعت اسپینترونیک دارند.
روش محاسبات
دراین مقاله اثر آلایش عناصر واسطه جایگزین شده در جایگاه اتمهای آلومینیم روی خواص الکترونی ومغناطیسی نانوصفحه زیگزاگ AlN - 6,0 - بر حسب نظریه تابع چگالی، توسط کدمحاسباتی siesta مطالعه شده است. هدف اثر ناخالصی عناصرواسطه آلایش یافته در وسط نانوصفحه 0 - AlN، - 6 را مورد مطالعهقراردهیم و میزان گشتاور مغناطیسی ساختارهای آلایش یافته را موردبررسی قرار دهیم.دراین محاسبات از تقریب شیب تعمیم یافته GGA، استفاده شده است. مقدار انرژی قطع بهینه شده 600 Ry و بردار نقاط ×4 kُ1× در نظر گرفته شده است.
بحث ونتایج
دراین تحقیق آلایش عناصر واسطه در موقعیت وسط نانوصفحهAlN - 6,0 - که در راستای 1×1×2 Z دو برابر شده است مورد بررسی قرار گرفته است. برای اینکه از بر هم کنشهای بین صفحات جلوگیری شود در راستای x غیر تناوبی حدود 12 0 خلا مورد بررسی قرار دادیم. هدف آلایش نمونه در وسط ساختار است. درابتدا این ساختار را بهینه کردیم تا پایدارترین ساختار با بهترین فاصله که همان فاصله تعادلی است بدست آید. سپس اتمهای واسطه را درموقعیت وسط نانوصفحه همانطور که در شکل 1 دیده میشود به جای اتم Al - دو اتم ناخالصی - % 8 جایگزین کردیم. در شکل 1 موقعیت عناصر واسطه جایگزین شده در مکان اتم Al نشان دادهشده است. در این ساختار اتم Al با رنگ آبی و اتم N با رنگ قرمز و عناصر واسطه Cu، Fe، Co، Mn، V، Cr، Ni، Ti جایگزین شده بارنگ سبز نشان داده شده است. در جدول 1 سهم گشتاور مغناطیسیکل ساختار و همچنین سهم گشتاور مغناطیسی عناصر واسطه Cu، Ti، Fe، Co، Mn، V، Cr، Ni، Al، N در نانو صفحه آلایش یافته آمده است.
