什么是半金属磁体？

半金属磁体是近些年来日益受到关注的一种新材料，也是物质具有一种新形态，在半金属磁体的能带结构中，两个自旋子能带分别具有金属性与绝缘性，从而产生自旋完全极化的传导电子，这一特性使它有可能在新一代微电子设备中发挥重要作用，并为极化输运理论及自旋电子学的研究开辟崭新的领域.

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与重要半导体相容的高自旋极化率磁性材料被认为是未来纳米尺度上的自旋电子器件的理想组件，但是这就要求当器件尺寸降到纳米尺度时相应材料仍然具有高自旋极化率和优良的结构和性能稳定性。在这方面，与III-V或II-VI半导体相容的半金属(half-metallic)铁磁体明显优于稀磁半导体，因为尺度降到纳米量级后稀磁半导体内磁性原子太少而导致性能下降，甚至消失。探索合适的半金属铁磁材料显得至关重要。

物理所刘邦贵研究员与牛津大学David G Pettifor教授合作，在这方面取得了显著的进展。他们先期用准确的第一原理密度范函理论方法首先证明：闪锌矿结构的CrSb(Physical Review B 67, 172411 (2003)；cond-mat/0206485)，以及MnBi(Physical Review B 66,184435 (2002))具有良好的半金属铁磁性，并且研究了相应半金属铁磁性的形成机理。在此基础上，他们基于准确系统的电子结构和形变结构计算进一步证明：三个过渡金属硫系化合物(chalcogenides)CrTe、CrSe和VTe的闪锌矿结构相是优质半金属铁磁体，不仅具有很宽的半金属能隙(half-metallicgap)，相对于基态相的总能还不高，大大低于闪锌矿结构的过渡金属V族化合物(pnictides)的相对总能，同时，其结构稳定性明显优于已经较好地合成出来的CrAs闪锌矿结构薄膜(最大约5个单胞层厚)。很宽的半金属能隙意味着可能在较高温度下得到高自旋极化率，这已被德国Kuebler教授的最新计算所证明；相对总能低并且结构稳定性好，使得足够厚度(约5～50个单胞层)的薄膜材料或尺度足够大的纳米结构易于通过外延生长技术获得。这些优异特性使得这些材料将很可能在纳米尺度的自旋电子学器件中得到实际应用。

该项研究得到973“纳米材料与纳米结构”项目(G1999064509)、基金委优秀团队项目(60