通过高温反铁磁体中的自旋依赖掺杂实现高温亚铁磁半导体
材料科学
2023-10-16 v1
摘要
实现室温铁磁（FM）半导体在自旋电子学中仍是一项挑战。实验中已获得许多具有高尼尔温度 的反铁磁（AFM）绝缘体与半导体，如 LaFeO、BiFeO 等。可将高浓度磁性杂质掺入这些 AFM 材料，但实验中得到的是具有极弱净磁矩的 AFM 态，因为磁性杂质被等量掺入 AFM 材料的自旋向上与向下子晶格。本文提出，FM 衬底提供的有效磁场可保证 AFM 材料中的自旋依赖掺杂，其中掺杂磁性杂质偏好某一自旋子晶格，从而获得亚铁磁（FIM）材料。为验证该设想，我们通过密度泛函理论（DFT）计算研究了以 Fe 金属为 FM 衬底的 Mn 掺杂 AFM 绝缘体 LaFeO。结果表明，掺杂磁性 Mn 杂质偏好占据 AFM 绝缘体的一个子晶格，并在 La(Fe,Mn)O 中引入大磁矩。对于高 = 740 K 的 AFM 绝缘体 LaFeO，当 LaFeO 中 1/8 或 1/4 的 Fe 原子被其他 3d、4d 过渡金属元素替代时，DFT 计算获得了若干高居里温度 300 K 且带隙小于 2 eV 的 FIM 半导体。在这些 LaFeO 基 FIM 半导体中获得了大的磁光克尔效应（MOKE）。此外，在一些其他高 的 AFM 材料（包括 BiFeO、SrTcO、CaTcO 等）中，通过自旋依赖掺杂也获得了高 的 FIM 半导体。我们的理论结果提出了一种通过在高 AFM 绝缘体与半导体中进行自旋依赖掺杂来获得高 FIM 半导体的途径。
引用
@article{arxiv.2310.09061,
title = {High temperature ferrimagnetic semiconductors by spin-dependent doping in high temperature antiferromagnets},
author = {Jia-Wen Li and Gang Su and Bo Gu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.09061},
year = {2023}
}