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关键词:半金属材料;自旋电子器件;BAND;DFT;反铁磁;铁磁
半金属材料往往是由于材料中两种自旋的电子,具有不同的能带特征导致。F 插层的 GaN 双层(F-Ga2N2)被证明是一种半金属材料,如下图所示:
图中 a 展示了其结构(俯视图、侧视图),图 b 展示了两种自旋各自的能带特征,其中蓝色曲线是自旋 α,红色曲线是自旋 β,可以看到 β 自旋越过了费米面,α 自旋则拥有较大带隙。图 c 中则在态密度 DOS 的角度展示带隙的情况,DOS 允许将总的 DOS 拆分到各种轨道,因此通过分态密度就可以看到不同轨道对带隙的影响,或者说带隙主要来自何种轨道的影响。
下文主要讲解如何通过计算材料的能带与态密度,来研究其半金属性质。结构应先经过结构优化,不过由于其半金属属性,因此优化时也应考虑正确的自旋极化,而不应采用默认的自旋极化为 0 。对该材料而言,结构优化的自旋极化设置与下文中计算能带、态密度时的自旋极化设置应一致。
一般需要将 K 点设置的很密,所以一般 k-space 可以改为 Good 或者人为指定个数。因为这里是二维周期结构,因此指定 2 个数字就可以了,三维周期结构则指定三个数字。这里指定为 17 17。即k空间形成重复单元,其 A 方向通过 17 个点进行等间距分割,B 方向也通过 17 个点进行等间距分割,对于这样的尺寸,点数实际上已经非常足够了。晶格矢量越长,则需要的点数越少,晶格矢量越短需要的点数越多。
能带计算的详细设置,实际上一般只需要修改 interpolation delta-k 的数值到较小,例如 0.001 就足够了。这个值越小,能带越光滑。
勾选了投影态密度的计算,从而能够得到各个分态密度的曲线。保存并运行作业。