[发明专利]一种基于MnAs/GaAs界面半金属性的制备工艺

说明书

本发明公开了一种基于MnAs/GaAs界面半金属性的制备工艺，包括以下步骤：第一步：构建闪锌矿型MnAs的晶体结构，对其晶格结构进行优化；第二步：在平衡晶格常数a_eq下，对MnAs的态密度进行计算并加以分析；第三步：构建MnAs/GaAs(001)方向四种界面结构并进行优化；第四步：计算优化后的界面结构的态密度并加以分析；第五步：通过分析和比较，获得具有半金属特性的界面结构；采用上述方案，本发明构能将自旋电子器件的诸多优点发挥到最佳，具有很好的市场应用价值。

技术领域

本发明涉及一种基于MnAs/GaAs界面半金属性的制备工艺。

背景技术

众所周知，获得高自旋极化的电流是自旋电子器件(如自旋阀和自旋过滤)应用的一个关键因素。由于具有100％的自旋极化，半金属材料可看作从铁磁体向半导体进行自旋注入的理想注入源。因此，寻找和合成半金属材料，成为许多理论和实验工作者关注的问题。至今，许多种类的化合物已经被发现是半金属铁磁体，比如：金红石的CrO₂、闪锌矿的过渡金属碳硫化合物、半或全霍伊斯勒合金以及岩盐结构的碳氮碱土金属化合物。在这些半金属铁磁体中，闪锌矿的碳氮化合物由于可比拟的晶格结构和居里温度，被看着是非常好的自旋注入材料。

另外，值得注意到是，即使一种材料具有半金属性，也不能保证它做成表面或界面时仍具有半金属性。所以，研究材料表面和界面的半金属性，对于自旋电子器件的实际应用也是非常重要的。例如：Galanakis用第一性原理的方法发现，闪锌矿的CrAs在(001)方向，Cr端面维持了半金属性但As端面由于表面态的存在失去了半金属性。一些理论研究还报道了有关CrAs/GaAs界面电子结构及输运性质，并获得了一些有趣的结果。实验上，一些闪锌矿结构的碳氮化合物薄膜如CrAs,CrSb,MnAs,MnTe,CrTe和MnSb薄膜已经合成出来。

闪锌矿的MnAs，作为一个半金属碳氮化合物，他的电子和输运性质在理论和实验上已经吸引了广泛的关注。用MBE的方法，几个研究小组研究了以GaAs为衬底生长MnAs薄膜的电磁性质。对于MnAs/GaAs异质结的输运性质，像自旋阀和巨磁阻效应等许多有价值的现象已经在实验上发现。在理论研究方面，Hirayama等报道了单分子层的电磁性质；Zhu等人研究了MnAs/InP(001)磁隧道结的电输运性质。总之，现有的资料显示，对于MnAs/GaAs薄膜，实验上的研究远远多于理论研究。尤其是，几乎没有关于MnAs表面和界面半金属性的理论报道。基于此，我们利用第一性原理的方法，来研究闪锌矿MnAs(001)方向界面的半金属性及其稳定性。我们的计算结果显示在一些表面和界面结构中都存在半金属特性，这对自旋电子器件的实际应用是非常有利的。

因此，现有工艺方法落后，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的基于MnAs/GaAs界面半金属性的制备工艺。

为实现上述目的，本发明所采用了下述的技术方案：一种基于MnAs/GaAs界面半金属性的制备工艺，包括以下步骤：

第一步：构建闪锌矿型的MnAs块材结构，对其晶格结构进行优化，获得平衡晶格常数a_eq；

第二步：在平衡晶格常数a_eq下，对MnAs的态密度进行计算并加以分析，确定块材的MnAs具有良好的半金属性；

第三步：在(001)方向，构建半金属MnAs和半导体GaAs组成的四种界面结构并进行优化，在优化的过程中，界面左右5层的原子位置弛豫，其他原子位置固定；

第四步：计算优化后的界面结构的态密度并加以分析，利用图示法画出界面结构的态密度，并与块材态密度进行比较；

第五步：通过分析和比较，获得具有半金属特性的界面结构。