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。

半导体中的磁性杂质具有局域 d 共振态，LDA 几乎可以正确定性地处理它们，但实际共振水平比 LDA 预测的低约 3 至 4 eV。虽然无法将光学意义上的共振水平与 Kohn-Sham 方程的能谱进行比较，但这种差异可能是由于 LDA 造成的。这种差异可能会影响磁性、内聚性和线性响应，使得定量讨论变得困难。为了解决这些问题并构建更可靠的理论，我们在密度泛函理论中使用非均匀系统的随机相位近似（RPA）获得的交换相关能量，而不是依赖于LDA。处理稀磁半导体电子态的方法。我们使用局部势创建 Kohn-Sham 方程，并使用优化有效势方法，重点是构建基态。在优化有效势方法中，相关/交换能量以Kohnsham轨道的形式写出，并使用该表达式来构造优化有效势。 Kohn-Sham 轨道是由要获得的局部有效势自洽定义的。在本研究中，使用了RPA级别的正确交换/相关能，但今年仅正确计算了原子内交换/相关能，并且使用均匀电子气中原子的表达式计算原子间交换/相关能。已评估。结果，（1）原子间交换/相关能并不大，可以使用原子内交换/相关能来评估，并且（2）使用称为KLI近似的方法来求解寻找有效势所需的积分方程。解决方案是使用(3) 然而，由于交换电势的影响，d 态变得局域化，磁性半导体的 d 能级降低了约 6 至 8 eV (4) 使用屏蔽交换电势代替 RPA 计算，有很明显，当构建有效势时，可以获得接近LDA的结果。