Investigation of the insulator to half-metal transition in Cr-doped ZnO at low temperature (19 K)‎ wurtzite structure

Other Title(s)

دراسة عن خاصية العزل في أكسيد الزنك المخصب بالكروم مع تركيبة فورتزيت منخفض الحرارة (19 كلفن)‎

Author

Biswas, Sarajit

Source

Kuwait Journal of Science

Issue

Vol. 46, Issue 2 (30 Apr. 2019), pp.44-51, 8 p.

Publisher

Kuwait University Academic Publication Council

Publication Date

2019-04-30

Country of Publication

Kuwait

No. of Pages

8

Main Subjects

Physics

Abstract AR

تمت دراسة الخواص التركيبية والإلكترونية والمغناطيسية لأكسيد الزنك النقي والمخصب بالكروم مع تركيبـة فورتزيت منخفض الحرارة (19 كلفـن) مـن خـلال استخدام نظرية الدالة الوظيفية للكثافة (DFT) كمـا تـم تنفيذها بطريقة (TB-LMTO).

و قد لوحظ أن أكسيد الزنك النقـي عبـارة عـن عـازل غيـر مغناطيسي، حيث وجدنـا جميـع مـدارات Zn-3d مشغولة ووجدنا أن الإلكترونات مقترنة تماما في كل مـدار مما يجعل طبيعة أكسيد الزنك النقـي غيـر مغناطيسية.

لكن تخصيب أكسيد الزنك بالكروم قـد غير خصائصه الإلكترونية و المغناطيسية بشكل كبير.

فعنـد إحلال الكروم محل الزنك بنسبة %50 تحولت المـادة مـن عـازلـة إلـى مغناطيسية.

و قد أوضحت هذه الدراسة أن المادة المخصبة ZnCrO هي معدنية بالنسبة لمعظـم أنـواع السبينات و عازلة بالنسبة للأقليـة مـن أنـواع السبينات مـع فـجـوة شبه موصلة بـ eV3.5.

نتيجة لتأثير الارتباط القوي للإلكترونات أصبحـت ثـلاث مدارات ,Cr-t مشغولة بالكامل بثلاثة إلكترونات Cr-3d، في حين أن الكترون وحيـد متبقـي يتقاسـمـه مـداران eg في المنطقة القريبة من مستوى Fermi.

هذه المشاركة في الإلكترون الوحيد بواسطة مدارين cg هي المسؤولة عن السلوك المعدنـي لـ ZnCr0 لغالبية قنوات السبينات.

و أن المحاذاة الموازية للإلكترونات غير المزدوجة في المدارات Cr-3d هي المسؤولة عن المغناطيسية الحديدية لهذه المادة.

Abstract EN

The structural, electronic and magnetic properties of pure and Cr-doped ZnO with a low temperature (19 K) wurtzite structure were studied by employing density functional theory (DFT) as implemented in the tight-binding linearized muffin-tin orbital (TB-LMTO) method.

Pure ZnO is observed as a nonmagnetic insulator in which all the Zn-3d orbitals are found occupied and electrons are perfectly paired in each orbital causing nonmagnetic nature of pure ZnO.

But Cr-doping in ZnO significantly changes its electronic and magnetic properties.

This material encounters nonmagnetic insulator to a ferromagnetic half-metal with minute structural distortions at 50% Cr substitution for Zn.

This study revealed that the doped material Zn Cr 50 is metallic for the majority spin species and insulating for the minority spin species with a semiconducting gap of 3.5 eV.

Due to the influence of the strong electron correlation effect, three Cr-t, orbitals become fully occupied by three Cr-3d electrons, while remaining single electron is shared by two e orbitals in the close vicinity of the Fermi level.

This sharing of the single electron by two e orbitals is responsible for the metallic behavior of Zn, CrO for the spin majority channel.

The parallel alignment of unpaired electrons in the Cr-3d orbitals is responsible for the ferromagnetism of this material.

American Psychological Association (APA)

Biswas, Sarajit. 2019. Investigation of the insulator to half-metal transition in Cr-doped ZnO at low temperature (19 K) wurtzite structure. Kuwait Journal of Science،Vol. 46, no. 2, pp.44-51.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1500557

Modern Language Association (MLA)

Biswas, Sarajit. Investigation of the insulator to half-metal transition in Cr-doped ZnO at low temperature (19 K) wurtzite structure. Kuwait Journal of Science Vol. 46, no. 2 (Apr. 2019), pp.44-51.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1500557

American Medical Association (AMA)

Biswas, Sarajit. Investigation of the insulator to half-metal transition in Cr-doped ZnO at low temperature (19 K) wurtzite structure. Kuwait Journal of Science. 2019. Vol. 46, no. 2, pp.44-51.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1500557

Data Type

Journal Articles

Language

English

Notes

Includes bibliographical references : p. 48-50

Record ID

BIM-1500557