Fe-Cr超晶格電子結(jié)構(gòu)和磁性的第一性原理研究.pdf

1、應(yīng)用基于第一性原理的全勢線性綴加平面波方法(FLAPW)，本文計算了(001)面和(110)面Fe/Cr超晶格的電子結(jié)構(gòu)，研究了該體系中Fe層在鐵磁耦合與反鐵磁耦合兩種狀態(tài)下的磁矩分布和能態(tài)密度。 在(001)面，F(xiàn)e<,1>/Cr<,1>、Fe<,3>/Cr<,1>、Fe<,3>/Cr<,3>、Fe<,5>/Cr<,5>超晶格體系中Fe層間為鐵磁耦合時的總能量更低，即鐵磁耦合狀態(tài)是基態(tài)，對于Fe<,4>/Cr<,4>，反鐵磁耦

2、合時的總能量更低，所以反鐵磁耦合狀態(tài)是基態(tài)。其內(nèi)稟自旋波長度為兩層。Fe層的磁矩由于Cr層的加入而有一些變化，Cr層的磁矩的方向是正負相間變化的。相鄰的Fe原子和Cr原子之間是反鐵磁性耦合的，F(xiàn)e原子的d軌道和Cr原子的d軌道在費米能附近有一定程度的雜化。 對于Fe<,1>/Cr<,1>、Fe<,3>/Cr<,3>、Fe<,4>/Cr<,4>、Fe<,5>/Cr<,5>超晶格來說，隨著Fe/Cr超晶格中m和n的逐漸增大，所有的F

3、e原子和處手中間層的Cr原子，其磁矩基本上是逐漸增大的；而處于邊界處的Cr原子，其磁矩沒有明顯的變化趨勢，原因是邊界處的Cr原子的磁矩依賴于Fe原子的磁矩變化、Fe原子與Cr原子之間的耦合情況和中間層Cr原子的磁矩變化，而隨著m和n的逐漸增大，這幾種變化沒有形成一個統(tǒng)一的趨勢。 在(110)面，F(xiàn)e<,3>/Cr<,1>、Fe<,3>/Cr<,3>、Fe<,3>/Cr<,5>超晶格體系中Fe層間鐵磁耦合時的總能量更低，即鐵磁耦合

4、狀態(tài)是基態(tài)。Fe層的磁矩由于Cr層的加入而有一些變化，Cr層的磁矩的方向是正負相間變化的。相鄰的Fe原子和Cr原子之間是反鐵磁性耦合的。因為Fe原子的d軌道和Cr原子的d軌道在費米能附近有較強的雜化，所以Cr層的磁矩受到抑制。計算表明，Cr層上出現(xiàn)了很小的磁矩。Cr層的磁矩由不同磁作用之間的微妙的平衡來決定。 比較三種超晶格Fe<,3>/Cr<,1>、Fe<,3>/Cr<,3>、Fe<,3>/Cr<,5>的磁性，就會發(fā)現(xiàn)，從Fe

5、<,3>/Cr<,1>到Fe<,3>/Cr<,3>，再到Fe<,3>/Cr<,5>，隨著Cr層的厚度逐漸增大，處于中間層的Cr原子磁矩逐漸增大，但是處于邊界處Cr原子磁矩卻逐漸減小;無論是處于中間層Fe原子，還是處于邊界處的Fe原子，磁矩都逐漸減小，并且減小的趨勢越來越明顯。 通過對Fe/Cr超晶格在(001)面和(110)面的基態(tài)能量、電子結(jié)構(gòu)、磁性等性質(zhì)的研究，提供了大量有用的數(shù)據(jù)，得出了許多結(jié)論，對進一步研究其光學(xué)性質(zhì)、磁