双交换作用下Li1±y(Mg1-xCrx)As的半金属铁磁性

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算并分析了 96原子Li1±y(Mg1-xCrx)As体系的铁磁稳定性、电子结构、自旋电荷密度、投影态密度和差分电荷密度.结果表明,Cr的掺杂引入了 自旋极化杂质带,形成了强于Mg-As的Cr-As共价键,体系表现出强的半金属性,产生7.03μB的净磁矩.体系的磁电性质还受到Li计量数的调控,减少Li含量使Cr-As间的共用电子对偏移程度略微增大,Cr-3d与As-4p的p-d杂化有所减弱,净磁矩减小为6.14μB;Li1.03125(Mg0.9375Cr0.0625)As发生sp-d杂化,材料转变为n型掺杂,半金属能隙减小为0.375 eV,具有最大的净磁矩7.61μB.通过分析自旋电荷密度和Cr-3d轨道的投影态密度发现,体系的铁磁耦合起源于Cr离子间的双交换作用.As3-作为桥梁形成Cr1-As-Cr2链,巡游d电子在Cr1-As-Cr2链间的跃迁导致Li1±y(Mg1-xCrx)As中的两个Cr离子均具有平行磁矩,从而使体系具有稳定的铁磁性.