암염 및 Zinc-blende 구조를 가지는 NaN 표면의 반쪽금속성에 대한 제일원리 연구

Abstract

각기 암염(rocksalt: RS) 구조와 zinc-blende(ZB) 구조를 가지면서 덩치상태에서 반쪽금속성을 나타내는 NaN 화합물에서 표면의 전자구조를 계산하고 반쪽금속성이 표면에서도 유지되는지를 제일원리 전자구조 계산을 통해 검토하였다. 이를 위해 두 가지 원소를 모두 가진 표면, 즉 RS(001) 표면과 ZB(110) 표면을 고려하였다. 각각의 판에 대해 계산된 자기모멘트는 정수로서 이는 표면에서도 반쪽금속성이 유지됨을 나타낸다. 이러한 사실은 각 원자에 대한 상태밀도를 통해서도 확인할 수 있었다. 각각의 계에서 자기모멘트 값에 대해 N 원자들이 주된 기여를 하였고, 두 계 모두에서 표면 N 원자의 자기모멘트는 덩치 값에 비해 증가 하여 각기 <TEX>$0.75{\mu}_B$</TEX>를 가졌다. Na 원자가 자성에 기여하는 바는 미미하였으며 표면으로 갈수록 그 자기모멘트가 줄어들어 자성을 거의 나타내지 않았다. 반쪽금속성을 나타내는 띠간격의 크기는 가운데 층이나 표면층이나 큰 차이가 없었다. Compounds such as NaN belong to an interesting class of materials in which a magnetic order may appear despite the lack of d electrons. The magnetic properties of these materials are ascribed to the partially filled p shells. Recently, on the basis of electronic structure calculations from first principles, it has been found that NaN is a ferromagnetic half-metal in rocksalt (RS) and zinc-blende (ZB) structures with half-metallic band gaps in majority electron channels. The former structure has appeared to be more stable. From the first-principles calculation, we found that the half-metallic properties of the bulk RS and ZB NaN are conserved at the RS(001) and ZB(110) surfaces. Due to the interactions between Na s and N p electrons, N atoms become positively polarized. In the RS NaN (001) the calculated values of the magnetic moments of the N atoms is about <TEX>$0.73{\mu}_B$</TEX>. The magnetic moment on the N atom in the top most layer of ZB(110) is slightly larger than that of the RS(001) surface, i.e., <TEX>$0.75{\mu}_B$</TEX>. The Na atoms in the both structure are hardly polarized.