چکیده

آلیاژ هویسلر Co2Cr0.6Fe0.4Al به علت داشتن خاصیت نیمفلزي،اخیراَ مورد توجه بسیاري از محققان علوم و فناوري اسپینترونیک قرار گرفته است. در این مقاله، ما با استفاده از محاسبات اولیه کوانتومی در چارچوب نظریه تابعی چگالی اسپینی، ابتدا خواص الکترونی و مغناطیسی آلیاژ هویسلر Co2Cr05Fe05Al را در حالت انبوهه مورد بررسی قرار دادهایم و سپس به مطالعه خواص مرز مشترك آن با نیم رساناي GaAs پرداخته ایم. نتایج به دست آمده، ضمن تایید رفتار نیمفلزي در حالت انبوهه، نشان میدهد که در مرز مشترك به دلیل پیدایش حالت هاي سطحی خاصیت نیمفلزي از بین میرود.

.

مقدمه

یکی از موضوعات مهم در زمینه اسپینترونیک، تزریق اسپینی از فلز فرومغناطیس به درون نیمرسانا است و براي افزایش هرچه بیشتر بازده این فرایند امروزه تلاش زیادي براي کشف فرومغناطیس هاي جدید بعمل می اید. به همین دلیل، نیمفلزات فرومغناطیس، یعنی موادي که براي یک نوع اسپین رفتار فلزي دارند و براي اسپین

نوع دیگر همچون نیم رسانا عمل می کنند، به دلیل قطبیدگی

اسپینی %۱۰۰ آنها در تراز فرمی مورد توجه زیادي قرار گرفتهاند.

آلیاژ Co2CrAl از جمله نیمفلزهایی است که گرچهاخیراً مورد

توجه قرار گرفته است [۱] اما از آنجایی که این ترکیب دماي

کوري پایینی دارد، لذا آن را با آهن میآلایند تا دماي کوري آن بالا رفته و پایداري مغناطیسی آن افزایشنشان یابد. نتایج تجربی میدهد که اگر %۴۰ از اتمهاي کروم در این آلیاژ با آهن جایگزین

شوند (Co2Cr0.6Fe0.4Al)علاوه بر این که خاصیت نیمفلزي

سیستم حفظ میشود، دماي کوري آن نیز تا حدودافزایش۶۴۰K

مییابد .[۲] به همین خاطر این آلیاژ جدید توجه زیادي را به خود جلب کرده است و طی آزمایشهاي تجربی، مغناطو-مقاومت %۳۰

و مغناطو- مقاومت تونلزنی %۱۹ براي آن اندازهگیري شده است

.[۳]

علیرغم این که محاسبات مبتنی بر نظریه تابعی چگالی

(و در برخی موارد اندازهگیريهاي تجربی) خاصیت نیمفلزي بسیاري از آلیاژهاي هویسلر را در حالت انبوهه تایید میکنند، لیکن

نتایج متعدد تجربی و نظري مبین آن است که چنین رفتاري لزوما

در سطوح و مرزهاي مشترك پایدار قطبشنخواهد بود و لذا

اسپینی اندازهگیري شده در این موارد با مقدار ایدهآل آن تفاوت

زیادي دارد. بنابراینمناسب یافتن مرزهاي مشترك ، که در

مقاله نامه کنفرانس فیزیک ایران ۱۳۸۵

شکل: ۱ نمودار چگالی حالات کل در مقایسه با چگالی حالات اربیتالهـاي d اتمهاي .Co, Cr, Fe خطوط توپر نمایانگر حالتهاي اسپینی اکثریت و مساحت هاشورزده نشاندهنده حالت هاي اسپینی اقلیت هستند.

آنها خاصیت نیمفلزي حفظ شود، براي صنعت بسیار حائز اهمیت است. در این مقاله، ما با قرار دادن آلیاژ مورد نظر بر
روي نیمرساناي GaAs در راستاي بلوري [۰۰۱]، مرز مشترك

آنها را شبیهسازي نموده و با استفاده از اصول اولیه کوانتومی به بررسی خواص ساختاري، الکترونی، مغناطیسی و قطبش اسپینی در این مرز پرداختهایم.

رهیافت محاسباتی

محاسبات بر پایه نظریه تابعی چگالی- شبه پتانسیل [۴] در تقریب گرادیان تعمیم یافته GGA، و با استفاده از نرم افزار PWscf

انجام شده است .[۵] شبهپتانسیلهاي به کار برده شدهفوقازنوع

نرم۱ هستند. توابع موج الکترونی توسط مجموعه امواج تخت با

انرژي قطع ۴۳ ریدبرگ بسط داده شدند و انرژي قطع ۶۸۸

ریدبرگ براي چگالی بار الکترونی و شبهپتانسیلها استفاده شد.

ماده چگال نظري ۴۷

منطقه اول بریلوئن براي انبوهه توسط روش Methfessel-Paxton با تعداد (۸۸۶) یاخته سلول بنديبرايشد [۶] و
ابریاختهاي که مرز مشترك را توصیف میکند، تعداد یاخته ها به

(۸۸۱) کاهش یافتضمناً. انتگرالگیري در منطقه اول بریلوئن

براي انبوهه و ابریاخته به روش اسمیرینگ] ۲شدگی[۷و با پهن

۰/۰۲ ریدبرگ انجام شد. اگرچه نتایج تجربی براي آلیاژ Co2Cr0.6Fe0.4Alحاصل شده است لیکن چون شبیه سازي این

آلیاژ نیاز به ابریاخته بزرگ و در نتیجه حجم محاسبات زیادي

دارد، لذا ما غلظت x=0/5 را که معادل ترکیب Co2Cr0.5Fe0.5Al است براي انجام محاسبات انتخاب کردیم.
این غلظت در عین حال که به ابریاخته کوچکتري نیاز دارد، به

آلیاژ بررسی شده تجربی نیز نزدیک است.