The full-potential linear-augmented-plane-waves plus local-orbitals method has been employed for investigation of half-metallic ferromagnetism in Cr-doped ordered zinc-blende MgSe and MgTe semiconductors. Calculations of exchange and correlation (XC) effects have been carried out using generalized gradient approximation (GGA) and orbital independent modified Becke–Johnson potential coupled with local (spin) density approximation (mBJLDA). The thermodynamic stability of the compounds and their preferred magnetic orders have been analyzed in terms of the heat of formation and minimum total energy difference in ferromagnetic (FM) and anti-ferromagnetic (AFM) ordering, respectively. Calculated electronic properties reveal that the Cr-doping induces ferromagnetism in MgSe and MgTe which gives rise to a half-metallic (HM) gap at Fermi level (EF). Further, the electronic band structure is discussed in terms ofs(p)–dexchange constants that are consistent with typical magnetooptical experiment and the behavior of charge spin densities is presented for understanding the bonding nature. Our results demonstrate that the higher effective potential for the spin-down case is responsible for p–dexchange splitting. Total magnetic moment (mainly due to Cr-dstates) of these compounds is 4mB. Importantly, the electronic properties and HM gap obtained using mBJLDA show remarkable improvement as compared to the results obtained using standard GGA functional

چکیده

روش تمام پتانسیل امواج-خطی-تقویت شده-صفحه ای به علاوه اوربیتال های-موضعی (FP-LAPW+lo) برای بررسی خاصیت فرومغناطیسی نیمه فلزی در نیمه هادی های MgSe و MgTe مخلوط شده با فلز روی با دوپه منظم کروم، استفاده شده است. محاسبات تبادل و اثرات همبستگی (XC) با استفاده از تقریب کلی شیب (GGA) و اوربیتال مستقل اصلاح شده با پتانسیل همراه با  تقریب چگالی موضعی (mBJLDA) انجام شده است. پایداری ترمودینامیکی ترکیبات و درجه مغناطیسی مورد نظر آنها به ترتیب در عبارات گرمای تشکیل و حداقل تفاوت انرژی کل در درجه فرومغناطیسی (FM) و آنتی فرومغناطیسی (AFM) تجزیه و تحلیل شده است. خواص الکترونی محاسبه شده نشان می­دهد که دوپه کردن کروم، باعث القای خاصیت فرومغناطیسی در MgSe و MgTe می­شود که منجر به ایجاد یک شکاف نیمه فلزی (HM) در سطح فرمی (E_F) می­شود. علاوه براین، ساختار باند الکترونی در عبارات ثابت های مبادله s(p)-d بحث می­شود که سازگار با آزمایشات مغناطیس نوری معمولی است و رفتار چگالی های اسپین بار برای درک طبیعت باند ارائه شده است. نتایج ما نشان می­دهد که پتانسیل موثر بالاتر برای مورد اسپین پایین، مسئول مبادله شکافتگی p-d است. گشتاور مغناطیسی کل (عمدتا ناشی از حالات Cr-d) این ترکیبات 4μ_B است. نکته مهم، خواص الکترونی و شکاف HM به دست آمده با استفاده از mBJLDA بهبود قابل توجهی را در مقایسه با نتایج به دست آمده با استفاده از استاندارد GGA کاربردی نشان می­دهد.

1. مقدمه

دیودهای منتشر کننده نور (LED) و دیودهای لیزری به کار گرفته شده در مناطق طیفی رنگ آبی یا اشعه ماورای بنفش (UV) دستاوردهای مهمی در میدان الکترونی نوری می­باشد. ماهیت یونی بالای ترکیبات II-VI با شکاف بزرگ برای جفت شدن الکتروشیمیایی و نوری از اهمیت حیاتی برخوردار است [1]. جدای از این، تلاش روز افزونی برای دستکاری همزمان بار و همچنین درجات چرخش آزادی الکترونها در ترکیبات نیمه هادی برای عملکرد تغییر اسپین الکترون انجام شده است. در این راستا، معرفی یون های مغناطیسی به مواد میزبان نیمه هادی غیر مغناطیسی یک راه حل عالی برای تزریق موثر اسپین می­باشد. دوپینگ موفق مقدار قابل توجهی از اتم منگنز به InAs و GaAs ثابت کرده است که می­تواند یک موفقیت تاریخی برای استقرار دستگاه الکترونی تغییر اسپین باشد ]3،2[. تا به امروز، تلاش های تحقیقاتی مهمی در جهت مطالعه نقش فرومغناطیس در ترکیبات نیمه هادی مانند کالکوژنیدهای اروپیوم (Eu) و اسپینل های بر پایه کروم، و همچنین به عنوان آنتی فرومغناطیس در ترکیبات II-VI ساخته شده است [4،5]. ترکیبات II-VI دوپه شده با منگنز در میدان الکترونوری به علت برهمکنش های قوی فرومغناطیس در دمای اتاق در میان اسپین های موضعی با غلظت حامل کم، بسیار ارزشمند هستند...