ويژگي هاي نيم‌فلزي و پايداري ساختاري تركيبات نيم‌هويسلر (XYBi (X=K, Rb; Y=Sc, Ti, V, Cr

Half-metallic properties and structural stability of d0-d half-Heusler compounds XYBi (X=K, Rb; Y= Sc, Ti, V, Cr)

با استفاده از محاسبات اصول اولية ساختار الكتروني در چارچوب نظرية تابعي چگالي، ويژگي‌هاي الكتروني، مغناطيسي و پايداري ساختاري تركيبات نيم‌هويسلر d0-d جديد XYBi (X=K, Rb; Y=Sc, Ti, V, Cr) مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان مي‌دهد كه 6 مورد از اين تركيبات شامل KCrBi ،RbVBi ،KVBi ،RbTiBi ،KTiBi و RbCrBi فرومغناطيس‌هاي نيم-فلزي مي‌باشند. گاف انرژي نيم‌فلزي اين تركيبات در محدودة 0/46 تا 0/71 الكترون‌ولت محاسبه گرديد. بررسي چگالي حالت‌هاي الكتروني جزئي اتمي نشان داد كه هيبريداسيون بين ترازهاي 3d فلزات واسطه با اوربيتال‌هاي تراز 6p اتم Bi موجب بروز رفتار نيم‌فلزي مي‌شود. گشتاور مغناطيسي كل به دست آمده براي اين مواد در توافق با رابطة اسليتر-پائولينگ Mtot=Ztot−8 بوده و عدد صحيح بودن آن در محدودة وسيعي اطراف ثابت شبكة تعادلي بيانگر عدم حساسيت خاصيت نيم‌فلزي به پارامتر شبكه مي‌باشد. بهينه‌سازي ساختارهاي بلوري اين مواد توسط بستة نرم‌افزاري USPEX نشان داد كه علاوه بر حفظ خاصيت نيم‌فلزي، وجود اتم فلز قليايي d0 منجر به پايداري ساختاري اين تركيبات نيم‌هويسلر جديد مي‌گردد. با توجه به پايداري ساختاري، دماي كوري بالا و گاف نيم‌فلزي بزرگ، تركيبات فوق نامزدهاي خوبي براي كاربردهاي اسپينترونيكي محسوب مي‌شوند.

Using first-principles electronic structure calculations based on density functional theory, the electronic, magnetic, and structural properties of novel d0-d half-Heusler compounds XYBi (X=K, Rb; Y =Sc, Ti, V, Cr) are investigated. The results indicate that 6 of these compounds, namely, KTiBi, RbTiBi, KVBi, RbVBi, KCrBi and RbCrBi are half-metallic ferromagnets. The half-metallic energy band-gap of these compounds were calculated in the range of 0.46-0.71 eV. A detailed study of the partial density of states showed that the p-d exchange between transition metals 3d and Bi 6p states is mainly responsible for the half-metallic behavior. The total magnetic moments of the compounds under study are in agreement with the Slater-Pauling rule Mtot=Ztot-8 and it is integer valued in a wide range around the equilibrium lattice constant, which indicates that the half-metallic property is not sensitive to the lattice parameter. Employing the structure optimization program USPEX, it is shown that the introduction of d0 alkali metal atom leads to structural stability of the above novel half-Heusler compounds. In the light of their structural stability, high Curie temperature and large half-metallic gap, the above compounds are good candidates for spintronic applications.