The Spin-Polarized Electronic and Magnetic Properties of Zinc Selenide Heavy Doped with Chromium

Abstract

На першому етапі методом оптимізації було визначено структуру кристала ZnSe, легованого атомами хрому (ZnCrSe). На другому етапі електронні властивості цього матеріалу були оцінені у межах двох підходів. Обміннокореляційні функціонали, введені в розрахунки, ґрунтуються на узагальненому градієнтному наближенні (GGA) та гібридному функціоналі PBE0. Підхід GGA забезпечує металевий стан для електронів зі спіном вгору, а для протилежної орієнтації спіна матеріал ZnCrSe є напівпровідником із шириною забороненої зони 2,48 еВ. Гібридний функціонал PBE0 також приводить до безщілинного стану для електронних станів зі спіном вгору, а для спінів униз значення ширини забороненої зони дорівнює 2,39 еВ. Магнітний момент елементарної комірки, знайдений з двома функціоналами, однаковий і дорівнює 4 mB (магнетони Бора). Отже, розрахунки з двома обмінно-кореляційними функціоналами передбачають напівметалеві властивості матеріалу ZnCrSe, що робить його цікавим кандидатом для застосувань у спінтроніці.

At the first stage, the structure of the ZnSe crystal doped with chromium atoms (ZnCrSe) has been found by optimization procedure. At the second stage, the electronic properties of this material have been evaluated within the two approaches. The exchangecorrelation functionals used here are based on the generalized gradient approximation (GGA) and the hybrid functional PBE0. The GGA approach provides the metallic state for electrons with the spin up, and for opposite spin orientation the material ZnCrSe bahaves as semiconductor, with the band gap of 2.48 eV. The hybrid functional approach also gives a gapless state for a spin up electron states, and for a spin down it provides the forbidden gap value of 2.39 eV. The magnetic moment of the unit cell, found with the two functionals, is the same and equals to 4 mB(Bohr magnetons). So, the calculations with the two exchange-correlation functionals provide the prediction of half-metallic properties of the ZnCrSe material, which is an interesting candidate for spintronic applications.