基于第一性原理的 NiN 与 Ni$_2$N 电子结构与磁有序

本文给出富氮镍氮化物 ${\rm NiN}$ 与 ${\rm Ni_2N}$ 的第一性原理电子结构计算结果。计算基于密度泛函理论，并采用了广义梯度近似（GGA）以及 GGA$+U$ 方法。后者对正确描述两种化合物的晶相稳定性与磁不稳定性至关重要。对于 ${\rm NiN}$，GGA 计算预言了具有闪锌矿结构的非磁基态，而 GGA$+U$ 计算给出了具有岩盐结构的半金属铁磁体，这与相邻过渡金属氮化物的迹象一致，使 ${\rm NiN}$ 成为自旋滤波器的可能候选。对于 ${\rm Ni_2N}$，GGA 计算同样导致非磁行为，与 GGA$+U$ 方法得到的亚铁磁有序形成对比。该基态源于 Ni $3d$ 轨道与 N $2p$ 轨道通过 $\sigma$ 型与 $\pi$ 型交叠的复杂三维交换相互作用，并可能解释所报道的磁有序对晶体结构细节的敏感性。对两种氮化物，均需实验数据以证实我们的预言。