Al掺杂对Fe₂Si电子结构和磁学特性的影响

李瑞杰^1,2，杨吟野^2,3，岑伟富^2,3，吕林^2,3，谢泉²

1. 贵州民族大学材料科学与工程学院2. 贵州大学大数据与信息工程学院3. 贵州民族大学贵州省光电信息分析与处理特色重点实验室

摘 要：采用第一性原理的贋势平面波方法,计算了无掺杂和Al掺杂Fe₂Si体系的电子结构和磁学特性,并分析了Al掺杂对Fe₂Si体系电磁特性的影响。计算结果表明,未掺杂和Al掺杂Fe₂Si体系为半金属铁磁体,自旋向上的能带结构穿过费米面表现为金属特性,未掺杂Fe₂Si体系自旋向下的能带表现为间接带隙半导体特性,带隙值为0.464 eV;Al掺杂Fe₂Si体系自旋向下的能带表现为Z间的直接带隙半导体特性,带隙值为0.541 eV。Al掺杂使各原子磁矩和Fe₂Si体系的总磁矩均减小,体系的带隙值增加,相应的半金属隙也增加,并且使得体系自旋向下部分由间接带隙变为直接带隙半导体。Fe₂Si体系的半金属性和磁性主要来源于Fe-3d电子之间的d-d交换,Si-3p电子与Fe-3d电子之间的p-d杂化。综上所述,掺杂是调控半金属铁磁体Fe₂Si电磁特性的有效手段。

关键词：Fe2Si体系;Al掺杂;电子结构;磁学特性;第一性原理;