First principles study of structural , electronic and magnetic, properties of felnNand FeGaN.

Texte intégral

(1)Mr. ABBAR Boucif. Pr.. UDL de Sidi Bel-Abbès. Mr. ZANOUN Yahia. Pr.. Université d’Oran. Mr. BENHELAL Omar. Pr.. UDL de Sidi Bel-Abbès. Mr. KHENATTA Rabah. Pr.. Université de Mascara. Mr. TADJER Abdelkader. Pr.. UDL de Sidi Bel-Abbès. ©Copyright by DOUMI Bendouma, 2013.

(2) Abstract We investigate the structural, electronic, and magnetic properties of (M= Fe, Mn)based zinc blende diluted magnetic semiconductors (DMS) (Al, Ga, In)1−xMxN for (x= 0.0625, 0.125, 0.25), using ﬁrst-principles calculations with the full-potential linearized augmented plane waves (FP-LAPW) method within the density functional theory and local spin-density approximation. The analysis of electronic structures and magnetic properties show that (Al, Ga, In)1−xFexN at (x = 0.0625, 0.125, 0.25) are magnetic insulators, and In1−xMnxN at (x = 0.0625, 0.125) are metallic in nature. On the other hand the (Al, Ga)1−xMnxN at (x = 0.0625, 0.125, 0.25) and In0.75Mn0.25N are half-metallic ferromagnets with magnetic spin polarization of 100%, where the ferromagnetic ground states result from a doubleexchange mechanism, and these compounds are predicted to be good candidates for spintronic applications. Keywords: Spintronics - Half-metals - Double-exchange mechanism (Fe, Mn) doped III–V nitrides. Résumé Nous étudions les propriétés structurales, électroniques et magnétiques des matériaux (Al, Ga, In)1-xMxN (M= Fe, Mn) basés sur la structure zinc blende des semi-conducteurs magnétiques dilués (DMS) pour (x = 0.0625, 0.125, 0.25), en utilisant les calculs des premiers principes avec la méthode des ondes planes augmentées linéarisées (FP-LAPW) dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité et l'approximation de la densité de spin locale. L'analyse des structures électroniques et des propriétés magnétiques montrent que (Al, Ga, In)1-xFexN aux (x = 0.0625, 0.125, 0.25) sont des isolants magnétiques, et In1-xMnxN aux (x = 0.0625, 0.125) sont de nature métallique. D'autre part (Al, Ga)1-xMnxN aux (x = 0.0625, 0.125, 0.25) et In0.75Mn0.25N sont des demi-métalliques ferromagnétiques avec une polarisation en spin magnétique de 100%, où l’état ferromagnétique résulte du mécanisme de double échange, et ces composés semblent être de bons candidats pour les applications de spintronique. Mots-clés: Spintroniques - Demi-métalliques - Mécanisme de double échange - (Fe, Mn) dopés III-V Nitrures. ‫ـ‬ (Al, Ga, In)1-xMxN (M= Fe, Mn) ‫ او و ا

(3) " آ ت‬، ‫م را ا ا‬ ،(0.25 ،0.125 ،0.0625 = x) $.‫ أ‬/0 (DMS) ## ‫ ا

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(6) 0 ‫ازل‬- 59 (0.25 ،0.125 ،0.0625 = x) (0.25 ،0.125 ،0.0625 = x) $.‫ أ‬/0 (Al, Ga)1-xMnxN ‫ن‬67 (‫ ذ‬,"- ‫'وة‬- .50 5 ‫ذات‬ ?‫ أن ا‬LC .%100 < <

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(15) III-V ّ! (Fe, Mn).

(16) Abstract We investigate the structural, electronic, and magnetic properties of (M= Fe, Mn)based zinc blende diluted magnetic semiconductors (DMS) (Al, Ga, In)1−xMxN for (x= 0.0625, 0.125, 0.25), using ﬁrst-principles calculations with the full-potential linearized augmented plane waves (FP-LAPW) method within the density functional theory and local spin-density approximation. The analysis of electronic structures and magnetic properties show that (Al, Ga, In)1−xFexN at (x = 0.0625, 0.125, 0.25) are magnetic insulators, and In1−xMnxN at (x = 0.0625, 0.125) are metallic in nature. On the other hand the (Al, Ga)1−xMnxN at (x = 0.0625, 0.125, 0.25) and In0.75Mn0.25N are half-metallic ferromagnets with magnetic spin polarization of 100%, where the ferromagnetic ground states result from a doubleexchange mechanism, and these compounds are predicted to be good candidates for spintronic applications. Keywords: Spintronics - Half-metals - Double-exchange mechanism (Fe, Mn) doped III–V nitrides. Résumé Nous étudions les propriétés structurales, électroniques et magnétiques des matériaux (Al, Ga, In)1-xMxN (M= Fe, Mn) basés sur la structure zinc blende des semi-conducteurs magnétiques dilués (DMS) pour (x = 0.0625, 0.125, 0.25), en utilisant les calculs des premiers principes avec la méthode des ondes planes augmentées linéarisées (FP-LAPW) dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité et l'approximation de la densité de spin locale. L'analyse des structures électroniques et des propriétés magnétiques montrent que (Al, Ga, In)1-xFexN aux (x = 0.0625, 0.125, 0.25) sont des isolants magnétiques, et In1-xMnxN aux (x = 0.0625, 0.125) sont de nature métallique. D'autre part (Al, Ga)1-xMnxN aux (x = 0.0625, 0.125, 0.25) et In0.75Mn0.25N sont des demi-métalliques ferromagnétiques avec une polarisation en spin magnétique de 100%, où l’état ferromagnétique résulte du mécanisme de double échange, et ces composés semblent être de bons candidats pour les applications de spintronique. Mots-clés: Spintroniques - Demi-métalliques - Mécanisme de double échange - (Fe, Mn) dopés III-V Nitrures. ‫ـ‬ (Al, Ga, In)1-xMxN (M= Fe, Mn) ‫ او و ا

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(24) ت ا‬ .‫ ات‬III-V 5ّ=0 (Fe, Mn).

(25)