• Current Applied Physics
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• 제18권11호
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• pp.1338-1344
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• 2018

Band parameters and superconductivity of yttrium hypocarbide ($Y_2C$) have been investigated. The computations are performed using first-principles pseudopotential method within a generalized gradient approximation. The equilibrium lattice parameters have been determined and compared with experiment. Moreover, the material of interest is found to be stiffer for strains along the a-axis than those along the c-axis. A band-structure analysis of $Y_2C$ implied that the latter has a metallic character. The examination of Eliashberg Spectral Function indicates that Y-related phonon modes as well as C-related phonon modes are considerably involved in the progress of scattering of electrons. By integrating this function, the value of the average electron-phonon coupling parameter (${\lambda}$) is found to be 0.362 suggesting thus that $Y_2C$ is a weak coupling Bardeen-Copper-Schrieffer superconductor. The use of a reasonable value for the effective Coulomb repulsion parameter (${\mu}^*=0.10$) yielded a superconducting critical temperature $T_c$ of 0.59 K which is comparable with a previous theoretical value of 0.33 K. Upon compression (at pressure of 10 GPa) ${\lambda}$ and $T_c$ are increased to be 0.366 and 0.89 K, respectively, showing thus the pressure effect on the superconductivity in $Y_2C$. The spin-polarization calculations showed that the difference in the total energy between the magnetic and non-magnetic $Y_2C$ is weak.

• Current Applied Physics
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• 제18권12호
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• pp.1465-1472
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• 2018

The magnetic and optical properties of Ce-doped ZnO systems have been widely demonstrated, but the effects of different strains of Ce-doped ZnO systems remain unclear. To solve these problems, this study identified the effects of biaxial strain on the electronic structure, absorption spectrum, and magnetic properties of Ce-doped ZnO systems by using a generalized gradient approximation + U (GGA + U) method with plane wave pseudopotential. Under unstrained conditions, the formation energy decreased, the system became stable, and the doping process became easy with the increase in the distances between two Ce atoms. The band gap of the systems with different strains became narrower than that of undoped ZnO without strain, and the absorption spectra showed a red shift. The band gap narrowed, and the red shift became weak with the increase of compressive strain. By contrast, the band gap widened, and the red shift became significant with the increase of tensile strain. The red shift was significant when the tensile strain was 3%. The systems with -1%, 0%, and 1% strains were ferromagnetic. For the first time, the magnetic moment of the system with -1% strain was found to be the largest, and the system showed the greatest beneficial value for diluted magnetic semiconductors. The systems with -3%, -2%, 2%, and 3% strains were non-magnetic, and they had no value for diluted magnetic semiconductors. The ferromagnetism of the system with -1% strain was mainly caused by the hybrid coupling of Ce-4f, Ce-5d, and O-2p orbits. This finding was consistent with Zener's Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida theory. The results can serve as a reference for the design and preparation of new diluted magnetic semiconductors and optical functional materials.

• 한국자기학회지
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• 제18권6호
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• pp.211-216
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• 2008

Si이 체심입방구조(body centered cubic; bcc) Fe에 불순물로 포함된 경우에 Fe의 전자구조와 자성에 미치는 영향을 스핀-궤도 상호작용(spin-orbit coupling, SOC)을 고려한 제일원리방법을 통하여 연구하였다. Si 불순물의 효과를 기술하기 위하여 27개의 원자가 포함된 bcc Fe 초격자 구조를 고려하였다. 제일원리방법은 전전자 총퍼텐셜선형보강평면파(all-electron full-potential linearized augmented plane wave, FLAPW) 방법을 일반기울기 근사(generalized gradient approximation, GGA) 하에서 계산하였다. 스핀-궤도 상호작용은 스핀대각항 만을 고려한 이차변분방법을 이용하여 자체충족적으로 계산하였다. SOC를 고려하지 않은 강자성(ferromagnetic, FM) 상태의 경우 Si 불순물의 경우에는 $-0.143{\mu}B$의 스핀 자기모멘트가 계산되었으며, Fe 원자가 Si 불순물에서 멀어지면서 각각 $2.214{\mu}B$, $2.327{\mu}B$, 및 $2.354{\mu}B$의 값을 얻었다. 그러나, SOC를 고려한 경우 Si 불순물의 스핀 자기모멘트는 $-0.144{\mu}B$로 계산되어 SOC의 효과가 크지 않았으나, Fe 원자의 경우 각각 $2.189{\mu}B$, $2.310{\mu}B$, 및 $2.325{\mu}B$로 계산되어 SOC를 고려한 경우 스핀 자기모멘트 값이 줄어드는 것을 알 수 있었다. 총전하 및 스핀밀도의 비교와 상태밀도의 비교를 통하여 이러한 현상은 Si 불순물에 의한 영향을 가리는데 참여하는 Fe 원자의 $t_{2g}$ 전자 궤도의 변형의 효과로서 SOC를 고려할 때만 얻을 수 있다.

• 한국자기학회지
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• 제23권1호
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• pp.1-6
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• 2013

스핀 궤도 각운동량의 상호작용은 저차원계 자성물질에서 나타나는 여러 가지 특이한 현상들의 물리적 원인을 제공하는 것으로 알려져 있다. 최근 들어 자성 도핑을 이용한 열전 물질의 합금에 대한 관심이 높아지면서, 열전 및 위상 절연체(Topological Insulator) 등의 물리적 성질 결정에 중요한 역할을 하는 페르미 에너지 준위 부근에서의 전자구조에 대한 스핀 궤도 각운동량의 효과 연구가 관심을 끌고 있다. 본 연구에서는 가장 일반적인 열전 호스트 물질인 비스무스 텔루라이드의 격자 상수 및 부피 팽창률에 대한 스핀 궤도 각운동량 상호작용의 효과를 연구하기 위하여 모든 전자(all-electron) FLAPW(full-potential linearized augmented plane wave) 방법을 이용하여 전자구조 계산을 수행하였다. 국소밀도 근사법 및 일반 기울기 보정법의 서로 다른 교환상호작용 퍼텐셜을 채용하고, 수평격자 및 수직격자를 분리하여 변화시키는 구조최적화 계산을 통하여, 스핀-궤도 각운동량 상호작용의 효과가 격자상수 평형 값을 약하게 증가시키는 반면, 부피탄성률을 크게 감소시키는 영향을 주며, 그 효과는 구조적 이방성이 뚜렷한 비스무스 텔루라이드의 특성에 의하여 격자방향에 대한 의존성을 보인다는 것을 확인했다.

• 한국자기학회지
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• 제26권1호
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• pp.1-6
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• 2016

Pd은 단일 원소 금속 중에서 자기 감수율이 가장 크고 외부 환경에 따라 강자성 특성을 보이기도 한다. 본 논문은 자성 연구에 가장 적합한 FLAPW 방법을 사용하여 5-ML과 9-ML Pd(111) 박막의 자성을 계산하였다. 전자간 교환-상관 상호작용을 고려하기 위해 LDA와 GGA를 도입하여 두 계산 결과를 비교하였다. LDA 계산은 덩치 Pd이 상자성 상태가 바닥 상태임을 예측하여 실험과 일치하는 반면, GGA 계산은 덩치 Pd이 강자성을 갖는 것으로 잘못 예측하여 Pd 자성에 대해서는 LDA 계산이 더 신뢰할 수 있음을 알았다. 5-ML Pd(111) 박막에 대한 LDA 계산 결과에 의하면 상자성 상태가 바닥인 덩치 Pd과는 다르게 강자성 상태가 더 안정적이었다. 박막의 중앙에 위치한 Pd이 가장 큰 자기모멘트($0.273{\mu}_B$)를 가지며 중앙 Pd 층의 |m| = 1 상태가 덩치의 그것과 큰 차이가 있어 5-ML Pd(111) 박막의 강자성을 유발하는 데 주요 역할을 함을 알 수 있었다. 9-ML Pd(111) 박막은 상자성 상태가 강자성 상태에 비해 안정하였으나 두 상태 사이의 총에너지 차이가 거의 없고 유한한 자기모멘트를 안정적으로 가지는 것으로 계산되어 강자성 상태가 준 안정적임을 보였다.

• 한국자기학회지
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• 제21권4호
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• pp.127-131
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• 2011

암염구조를 가진 SiTe에서 일부 Si를 Cr로 치환한 화합물에 대한 전자구조와 자성을 교환상관퍼텔셜에 일반기울기 근사를 쓴 full potential linearized augmented plane wave 에너지 띠 계산방법을 이용하여 연구하였다. Si 대신 25 %의 Cr을 치환한 $CrSi_3Te_4$ 및 50 %를 치환한 $CrSiTe_2$를 고려하였다. 총에너지 계산으로 $CrSi_3Te_4$는 11.64 a.u, $CrSiTe_2$는 a = 7.89 a.u., c = 11.13 a.u.의 평형격자상수를 가짐을 알았다. $CrSiTe_2$는 단위부피당 정수인 $4{\mu}_B$의 자기모멘트를 가지는 반쪽금속성을 나타냈으며, $CrSi_3Te_4$는 단위부피당 자기모멘트가 $4{\mu}_B$보다 미세하게 컸다. 두 화합물 모두에서 치환되어 들어간 Cr은 $3.6{\mu}_B$ 정도의 자기모멘트를 가졌으며, Si나 Te는 약하게 자기화되었다. 계산된 스핀분극 상태밀도를 이용하여 이 두 화합물의 자성을 논의하였다.

• 한국자기학회지
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• 제18권6호
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• pp.206-210
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• 2008

최근의 연구에 따르면 체심입방구조(bcc)를 가지는 Rh은 상자성 상태와 약간의 에너지 차를 보이며 강자성체가 된다고 한다. 이 연구에서는 bcc Rh(001) 표면의 전자구조와 자성을 일반기울기 근사 하에서 총퍼텐셜 선형보강 평면파 에너지 띠 계산방법을 이용하여 연구하였다. 표면의 자성상태는 강자성상태를 가졌으며, unrelaxed 된 경우에 표면층의 자기모멘트는 $0.48{\mu}B$로 덩치상태의 $0.43{\mu}B$에 비해 증진되었으나, 표면 바로 밑층의 자기모멘트는 $0.23{\mu}B$으로 상당히 줄어들었다. 총에너지 및 원자힘 계산을 통해 relaxed 된 구조를 구하였는데, 이 때 표면 층은 안쪽으로, 표면 바로 밑층은 바깥 쪽으로 이동하여 원래의 층간격보다 약 7.0% 줄어들었다. 이러한 층간 간격 변화는 표면 자성을 약화시켜, 표면층과 표면 바로 밑층의 자기모멘트를 $0.36{\mu}B$ 및 $0.14{\mu}B$로 줄어들게 하였다.

• 한국자기학회지
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• 제18권4호
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• pp.131-135
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• 2008

Full-Heusler 화합물인 $Co_2TiSn$(001) 표면의 전자구조, 자성 및 반쪽금속성을 일반기울기근사(GGA)를 채택한 총퍼텐셜선형보강평면파동(FLAPW)방법을 이용하여 이론적으로 연구하였다. $Co_2TiSn$ 화합물의 (001)방향에서 2가지 가능한 표면, 즉 Co 원자들로 끝나는 면(Co-term)과 TiSn 원자들로 끝나는 면(TiSn-term)을 고려하였다. 계산된 상태밀도로부터 Co-term의 표면에서는 반쪽금속성이 깨어졌지만 TiSn-term의 표면에서는 반쪽금속성이 유지됨을 알 수 있었다. Co-term의 경우 표면 Co 원자의 좌표수가 줄어들면서 Co 원자의 채워진 소수 스핀 d-상태가 높은 에너지 영역으로 이동하여 페르미에너지에 걸치면서 반쪽금속성이 깨어진다. TiSn-term에서는 표면상태가 페르미에너지 바로 아래에 위치하면서 소수 스핀 띠간격이 가운데 층에 비하여 많이 줄어들었다. Co 원자의 자기모멘트는 Co-term의 표면에서는 내부 층에 비하여 약 10 % 증가한 1.16 ${\mu}_B$의 값을 가지는 반면 TiSn-term의 표면 바로 아래층에서는 내부 층과 비슷한 값(1.03 ${\mu}_B$)을 가졌다.