过渡元素掺杂Fe3O4(001)表面磁电性能的理论研究
Theoretical Study of the Magnetic and Electric Properties of Transition Elements Doped Fe3O4(001) Surface
作者单位E-mail
赵中霞 西安交通大学理学院, 西安 710049  
任韧 西安交通大学理学院, 西安 710049 renr01@163.com,renrray@163.com 
任奕璟 西安交通大学理学院, 西安 710049  
周志立 西安交通大学理学院, 西安 710049  
摘要: 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算Fe3O4,Fe3O4(001)表面以及过渡元素掺杂表面的电子结构和磁性。结果表明Fe3O4的半金属性主要来源于B位Fe离子,并且Fe的3d轨道发生强烈自旋极化;比较(001)表面不同终端A和B终端的表面能和电子结构,得出两种终端稳定性存在差异且A终端较稳定同时表现半金属性;由过渡元素V、Cr、Mn、Co、Cu和Zn取代Fe3O4(001)表面A终端A位Fe进行掺杂,形成的6种新表面结构都保持了半金属性。对比它们的表面能和磁矩,Mn掺杂的表面结构最稳定并且磁矩明显增大。
关键词: Fe3O4  密度泛函理论  电子结构  磁性能  表面能
基金项目: 国家自然科学基金(No.61574115,61681240392,10775111)和陕西省自然科学基金项目(No.2016JM1029),PAPD,CICAEET资助
Abstract: The electronic structures and magnetic properties of Fe3O4, Fe3O4(001) surface and transition elements -doped (001) surfaces were calculated based on the density functional theories. The results show that the half-metallicity of Fe3O4 is from Fe-ions on B-sites, and magnetic moment is from spin polarization of 3d-orbits.For the Fe3O4(001) surface, the A-layer termination is more stabilized with half-metal character. Fe-ions on A-sites of A-layer termination are substituted by doped V-ions, Cr-ions, Mn-ions, Co-ions, Cu-ions and Zn-ions so that the new surface structures are designed. All of them have half-metal character, and the Mn-doped surface is the most stabilized with greater magnetic moment.
Keywords: Fe3O4  density functional theory  electronic structures  magnetic property  surface energy
投稿时间:2016-03-09 修订日期:2017-03-21
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赵中霞,任韧,任奕璟,周志立.过渡元素掺杂Fe3O4(001)表面磁电性能的理论研究[J].无机化学学报,2017,33(6):923-931.
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