Semi-Heusler合金NiCrP和NiVAs半金属铁磁性稳定特
性的第一性原理研究
姚仲瑜
【摘 要】采用基于密度泛函理论的全势能线性缀加平面波方法对semi-Heusler合金NiCrP和NiVAs的电子结构进行自旋极化计算.Semi-Heusler合金NiCrP和NiVAs处于平衡晶格常数时都具有半金属性质，它们自旋向下子能带的带隙分别是0.59 eV和0.46 eV，合金分子的总磁矩分别为3.00/formula和2.00/formula.在晶体相对于平衡晶格发生各向同性形变的情况下，计算semi-Heusler合金NiCrP和NiVAs的电子结构.计算结果表明，在相对于平衡晶格的各向同性形变分别为-6%～2%和-2%～4%时，semi-Heusler合金NiCrP和NiVAs的总磁矩稳定，并且能保持其半金属铁磁性. 【期刊名称】海南师范大学学报（自然科学版） 【年(卷),期】2011(024)001 【总页数】5
【关键词】第一性原理；NiCrP；NiVAs；半金属铁磁性
半金属半铁磁体（half-metallic ferromagnet）是指一个自旋子能带（一般为自旋向上子能带）是金属性的，而另一个自旋子能带是半导体性或绝缘体性的铁磁性物质.这一性质是de Groot等人在1983年对半霍伊斯勒（semi-Heusler）合金NiMnSb和Pt?MnSb进行能带计算时首次发现的[1].之后，已经有许多化合物在理论上被预言[2-7]或在实验上被证实具有半金属的性质[8-11]，本文将要研究的semi-Heu?sler合金NiCrP和NiVAs就具有这一性质[12-13].
半金属铁磁体是制作自旋电子学器件（spin?tronci device）的关键性材料[14].半霍伊斯勒（semi-Heusler）合金NiMnSb和PtMnSb的晶格具有C1b结构（空间群编号：216）.作为制作自旋电子学器件的材料，半霍伊斯勒合金具有以下两方面的优势：1）它们具有相对较高的居里温度（Tc）[15-16]，例如，半霍伊斯勒（semi-Heusler）合金NiMnSb的居里温度为730 K[15]；2）它们与已在工业上广泛使用的闪锌矿相二元半导体（如ZnS、GaAs和GaP）的结构相似（空间群编号同为：216），因而半霍伊斯勒合金半金属与二元半导体有较好的晶格相容性，它有利于在二元半导体基底上外廷生长出半霍伊斯勒合金半金属（单层或多层）薄膜而制成自旋电子学器件，因此，半霍伊斯勒合金半金属是制作自旋电子学器件的理想候选材料.半霍伊斯勒合金NiCrP和NiVAs是铁磁性半金属，它们可能成为制作自旋电子学器件的备选材料.
制作自旋电子学器件的方法通常是在器件的基底上外延生长半金属性质的薄膜.一般情况下，半金属材料的晶格与基底晶格是不同的（晶格结构和/或晶格常数），这种晶格失配（lattice mismatch）现象普遍存在于器件的制作之中，这必将导致与器件基底接触的NiCrP和NiVAs合金表面膜层晶格发生畸变.在晶体晶格发生形变的情况下，半霍伊斯勒合金NiCrP和NiVAs是否具有半金属性，这是一个有待于进一步研究的问题.经检索现有的文献资料，未见相关问题的研究报道，因此，本文将对这一问题进行研究.本文将通过使晶体晶格发生各向同性形变的方式来研究半霍伊斯勒合金NiCrP和NiVAs的半金属及其磁性的稳定性.
1 晶格结构模型与计算方法
具有C1b结构的半霍伊斯勒合金NiCrP和Ni?VAs的晶体晶格是由3个次面心
结构套构而成，其空间群为（空间群编号：216）.半霍伊斯勒合金NiCrP晶格中对应原子的分数坐标位置分别是：Ni（1/4，1/4，1/4）、Cr（1/2，1/2，1/2），P（0，0，0），其空间结构图见图1.
所有的电子结构都采用WIEN2K[17]计算程序软件包计算.在WIEN2K程序计算中，采用以Kohn-Sham密度泛函理论为基础的全势能线性缀加平面波（full-potential linearized augmented plane wave,FP_LAPW）方法.该方法将晶胞划分为非重叠的muffin-tin球区和剩余的间隙空间区.在muf?fin-tin球区内，电荷密度和势能函数按球谐函数展开，基函数为原子径向和球谐部分的乘积；在间隙区，由于势场变化比较平缓，电荷密度、势函数和基函数则采用平面波展开.交换-相关势采用广义梯度近似（GGA）下的Perdew-Burke-Ernzerhof’96方法处理[18].波矢积分采用四面体网格法，在第一布里渊区k点网格取10×10×10.在半霍伊斯勒合金NiCrP 和 NiVAs中，Ni、Cr、V、P 和 As原子的 muf?fin-tin 模型球半径 Rmt分别取为 2.1 a.u.，2.0 a.u.，2.0 a.u.，1.8 a.u.和2.1 a.u.（1a.u.=0.052 9177 nm）.取截断参数：Rmt×Kmax=8，其中，Rmt是分子中最小的muffin-tin球半径，Kmax是平面波展式中最大的倒格子矢量.自洽计算的收敛精度取为1×10-4e/cell.
2 计算结果与讨论
对半霍伊斯勒合金NiCrP和NiVAs的电子结构进行自旋极化计算，得到它们在平衡体积时（平衡晶格常数a0分别为5.59 ?[12]和5.85 ?[13]）的电子能带结构图见图2.从图中可看出，半霍伊斯勒合金NiCrP和NiVAs自旋向上的分能带是金属性的，而自旋向下分能带呈现明显的非导体性质，因此，它们是半金属性的.从计算结果可以看出，它们自旋向下的自旋子能带中费米能附近的能
Semi-Heusler合金NiCrP和NiVAs半金属铁磁性稳定特性的第一性原理研究
