第一性原理计算Fe掺杂LiMgP新型稀磁半导体的半金属铁磁性

采用基于密度泛函理论的广义梯度近似平面波超软赝势法,对不同离子浓度配比的Fe掺杂LiMgP新型稀磁半导体进行结构优化,计算并分析了体系的电子结构、半金属铁磁性、重叠电荷布局及体心离子附近各离子的电参数。结果表明Fe掺杂LiMgP能够得到性能优良的半金属铁磁体,具有大的半金属能隙及可控的电磁性质,有望成为一种极具应用潜力的自旋电子学器件材料。纯LiMgP体系中化学键为极化的共价键,Fe的掺入形成了比Mg-P更强的Fe-P共价键,表现出优异的半金属铁磁性且具有大的半金属能隙0.500 eV,Fe离子与Li、Mg、P3种离子之间的相互作用使得它们的轨道电子数减少。Li过量时,形成能最低,结构最稳定,带隙值较单掺Fe时明显减小,而体系的半金属性明显减弱,填隙的Li原子使得轨道之间的相互作用减弱,Fe-P键的重叠电荷布局和体系净磁矩的值最小。Li不足时体系变为金属铁磁性,体系中离子的轨道电子数最少,参与轨道杂化的电子数最多,Fe和P原子之间的电子云分布最密集且共用电子对偏移程度最小,Fe-P键重叠电荷布局达到最大值0.78,键长达到最小值,体系净磁矩最大。