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암염 및 Zinc-blende 구조를 가지는 NaN 표면의 반쪽금속성에 대한 제일원리 연구

한국자기학회지, Volume 22, Number 4, 31 Aug 2012, Pages 117-120
김동철 (한라대학교 전기전자공학과), Beata Bialek (인하대학교 물리학과), 이재일 * (인하대학교 물리학과)
Abstract

각기 암염(rocksalt: RS) 구조와 zinc-blende(ZB) 구조를 가지면서 덩치상태에서 반쪽금속성을 나타내는 NaN 화합물에서 표면의 전자구조를 계산하고 반쪽금속성이 표면에서도 유지되는지를 제일원리 전자구조 계산을 통해 검토하였다. 이를 위해 두 가지 원소를 모두 가진 표면, 즉 RS(001) 표면과 ZB(110) 표면을 고려하였다. 각각의 판에 대해 계산된 자기모멘트는 정수로서 이는 표면에서도 반쪽금속성이 유지됨을 나타낸다. 이러한 사실은 각 원자에 대한 상태밀도를 통해서도 확인할 수 있었다. 각각의 계에서 자기모멘트 값에 대해 N 원자들이 주된 기여를 하였고, 두 계 모두에서 표면 N 원자의 자기모멘트는 덩치 값에 비해 증가하여 각기 0.75 μB를 가졌다. Na 원자가 자성에 기여하는 바는 미미하였으며 표면으로 갈수록 그 자기모멘트가 줄어들어 자성을 거의 나타내지 않았다. 반쪽금속성을 나타내는 띠간격의 크기는 가운데 층이나 표면층이나 큰 차이가 없었다.

Compounds such as NaN belong to an interesting class of materials in which a magnetic order may appear despite the lack of d electrons. The magnetic properties of these materials are ascribed to the partially filled p shells. Recently, on the basis of electronic structure calculations from first principles, it has been found that NaN is a ferromagnetic half-metal in rocksalt (RS) and zinc-blende (ZB) structures with half-metallic band gaps in majority electron channels. The former structure has appeared to be more stable. From the first-principles calculation, we found that the half-metallic properties of the bulk RS and ZB NaN are conserved at the RS(001) and ZB(110) surfaces. Due to the interactions between Na s and N p electrons, N atoms become positively polarized. In the RS NaN (001) the calculated values of the magnetic moments of the N atoms is about 0.73 μB. The magnetic moment on the N atom in the top most
layer of ZB(110) is slightly larger than that of the RS(001) surface, i.e., 0.75 μB. The Na atoms in the both structure are hardly polarized.

 

Keywords: 반쪽금속성; 표면자성; 전자구조 계산; half-metallicity; surface magnetism; electronic structure
DOI: http://dx.doi.org/10.4283/JKMS.2012.22.4.117