半導体ナノスピントロニクス材料の非局所理論に基づくデザイン

基于非局域理论的半导体纳米自旋电子材料设计

基本信息

批准号：
15034212
负责人：
赤井久純
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

半導体中の磁性不純物は局在したd共鳴状態を持ち、LDAはそれをほぼ定性的には正しく扱っているが、実際の共鳴準位はLDAで予想されるものより3〜4eVほど低いところにある。光学的な意味の共鳴準位をコーン・シャム方程式のエネルギースペクトラムと比較することはできないが、このような不一致がLDAに起因している可能性がある。このような不一致は磁気的性質、凝集的性質、線形応答にも影響を及ぼす可能性が高く、定量的な議論を困難にしている。このような問題を解消して、より信頼性のある理論を構築するために、非一様系に対する乱雑位相近似(RPA)により得られる交換相関エネルギーを密度汎関数法に用いて、LDAに頼らず、希薄磁性半導体の電子状態を取り扱う実用的な方法を開発した。局所ポテンシャルを用いてコーン・シャム方程式をつくり、基底状態を構成することに重点をおいて、最適化有効ポテンシャルの方法を用いた。最適化有効ポテンシャルの方法においては相関・交換エネルギーをコーンシャム軌道によって書き下しておいて、その表式を用いて最適化有効ポテンシャルを構成する。コーン・シャム軌道は得られるべき局所有効ポテンシャルによってセルフコンシステントに定義される。本研究ではRPAレベルにおける正しい、交換・相関エネルギーを用いるが、本年度は原子内交換・相関エネルギーのみを正しく計算し、原子間交換・相関エネルギーは一様電子ガス中の原子に対する表式を角いて評価した。この結果、(1)原子間交換・相関エネルギーは大きくなく、原子内交換・相関エネルギーで一応評価できること、(2)有効ポテンシャルを求めるために必要な積分方程式の解をKLI近似と呼ばれる方法を用いて解いているいるために、相関エネルギーによる寄与が小さく見積もられすぎていること、(3)しかし、交換ポテンシヤルの影響でd状態が局在化し磁性半導体のdレベルが6〜8eV程度下がること、(4)RPA計算の変わりに遮蔽交換ポテンシャルを用いて、有効ポテンシャルを構成すると、LDAに近い結果が得られることなどが明らかになった。

半导体中的磁杂质具有局部的D-共振状态，而LDA以几乎定性的方式处理它们，但实际的共振水平比LDA的预期低约3-4 eV。尽管无法将光学意义上的共振水平与玉米方程的能量谱进行比较，但这种差异可能是由于LDA引起的。这种差异可能会影响磁性特性，粘性特性和线性响应，从而难以定量讨论。为了解决这个问题并建立一个更可靠的理论，我们使用了一种实用方法来处理稀释磁性半导体的电子状态，而不依赖LDA，使用了通过杂项相位近似（RPA）获得的密度函数中的非均匀系统的交换相关能量。使用了优化的有效潜在方法，重点是使用局部电位并构建基础状态来创建锥形 - SHAM方程。在优化有效潜能的方法中，使用玉米轨轨道写下相关和交换能量，并使用表达式构建优化有效电位。锥形轨道轨道是通过本地有效的潜力在自洽中定义的。在这项研究中，使用了RPA水平的正确交换/相关能量，但是今年，只能正确计算了原子体交换/相关能量，并使用均匀电子气体的原子的表达角度评估了原子间交换/相关能量。结果，据透露，（1）在原子质交换/相关能量中可以评估原子间交换/相关能量不大，（2）使用称为KLI近似值的方法来求解有效电位所需的积分方程的解决方案的解决方案，从而使相关能量的构成范围很小和估计的位置，但是DEC的差异是太小的（3）（3）（3）（3）（3）（3）（3），（3），（3）（3），（3），（3）磁性半导体的下降约为6至8 eV，（4）如果使用屏蔽型交换势而不是RPA计算构建有效电位，则可以获得接近LDA的结果。