Oksit-temelli seyreltik manyetik yarı iletkenlerin yoğunluk fonksiyoneli teorisi

Abstract

Seyreltik manyetik yarıiletkenler, manyetik mültikatman ve süperörgü sistemleri bilgi kayıt teknolojileri ve sensör uygulamaları açısından yüksek bir potansiyel taşımaktadır. Bu malzemelerin Curie sıcaklığı, manyetik moment ve manyetik anizotropi gibi belirli özellikleri, katmanların boyutu ve katmanlar arasına konulan arayüzey malzemelerinin kalınlığı gibi parametreler değiştirilerek kontrol edilebilmektedir. Söz gelimi, sabit disklerdeki kayıt yoğunluğunu arttırmak bu şekilde mümkündür. Bununla beraber son zamanlarda teknolojik gereksinimler, özellikleri sürekli olarak iyileştirilen manyetik malzeme üretimini zorunlu kılmaktadır. Özellikle Curie sıcaklığı, manyetik anizotropi enerjisi ve doygunluk mıknatıslanması büyük değerlerde olan malzemeler, bilgi teknolojileri açısından, artan bir önem kazanmaktadır.Kobalt katkılanmış SnO2 malzemesi üzerinde yapılan çalışmalar sonucunda 650 K kadar yüksek bir Curie sıcaklığında ferromanyetizmanın gözlendiği ve düşük katkı konsantrasyonunda katkı atomu başına 7.5 ?B gibi yüksek manyetik moment değerine sahip olduğu anlaşılmıştır. SnO2'nin zengin kusur yapısı olduğundan gözlemlenen yüksek manyetik momentin orjininde etkin olan bir kusur olduğu düşünülüyor.Yoğunluk fonksiyoneli teorisi çerçevesinde, bu kusura aday olabilecek yapıları tasarlayıp ve her yapının geometri optimizasyonu yapılarak, yük yoğunlukları farkı, manyetik momentleri ve oluşum enerjileri hesap edilmiştir. Farklı yüklü durumlarda SnO2 : Coi , SnO2 : VO + Coi, SnO2 : VO + Cos, SnO2 : VO + Cos + Sni kusurları incelenmiştir. Oluşum enerjileri birbiri ile karşılaştırılarak gözlemlenen yüksek manyetik moment değerinin orjininde SnO2 : VO + Cos + Sni kusurun rol oynadığı öngörülmüştür.

Dilute magnetic semicnductors, magnetic multi-layer and super lattice systems have a high potential application for data recording technologies and sensor applications. Certain features of these materials: Curie temperature, magnetic moment and magnetic anisotropy can be controlled by changing parameters such as the size of layers and the thickness of interface material placed between the layers. For example, it is possible to increase recording density on hard disks in this way. In addition, recent technological requirements require magnetic materials production whose features are constantly being developed. In particular the materials that have large value of Curie temperature, saturation magnetisation and magnetic anisotropy energy are gaining increasing importance in terms of information technology.Cobalt doped tin-oxide material examined by keeping in sight, from previous studies, that the material is ferromagnetic character at high Curie temperatures near 650 K and for low dopant concentrations, there is high magnetic moment per dopant atom like 7.5 ?B. Because of SnO2 have various defect structures, it is thought that the high magnetic moment is originated from a specific defect.Within the frame of Density Functional Theory, structures designed which may be candidate to these defect structures and then geometry optimisation performed. magnetic moments and formation energies calculated in different charge states. Various defects structures are investigated like SnO2 : Coi , SnO2 : VO + Coi,SnO2 : VO + Cos, SnO2 : VO + Cos + Sni. Comparing that formation energies, it is anticipated that the high magnetic moment is originated from SnO2 : VO + Cos + Sni defect.