Investigation of spin gapless materials: A first principles DFT+GW study

Abstract

Elektronların hem yüklerini hem de spin özelliklerini kullanan spintronik cihazlar, gelişen teknolojide geleneksel elektronik cihazlara önemli bir alternatif oluşturmaktadır. Bu bağlamda, spin-gapless yarı iletkenler (SGS), benzersiz elektronik bant yapılarıyla en umut verici adaylardan biri olarak kabul edilmektedir. Bu tez, ilk prensip hesaplamaları yoluyla yeni SGS malzemelerin araştırılmasına odaklanmıştır. Araştırmalarımız için dört elementli Heusler alaşımı üzerinde çalıştık: FeVNbAl, FeCrTiAl, FeCrZrAl, NiCrMnAl and NiFeMnAl. Bu malzemelerin SGS davranışı göstereceği önceki çalışmalarda tahmin edilmişti. Oldukça iyi bilinen yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) ve GW yaklaşımlarını kullanarak seçilen malzemelerin elektronik bant yapısını hesapladık. İki aşamalı bir hesaplamada bu sistemlerin SGS özelliklerine sahip olup olmadığını araştırarak iki yöntemin sonuçlarını karşılaştırdık.

Spintronics devices, which are based on the spin properties of electrons as well as their charges, are important alternative to the electronic devices in developing technology. In this context spin-gapless semiconductors (SGSs) are considered as one of the most promising candidates with their unique electronic band structures. This thesis focuses on investigation of new SGSs via first-principles calculations. We studied several quaternary Heusler alloys for our investigations: FeVNbAl, FeCrTiAl, FeCrZrAl, NiCrMnAl and NiFeMnAl. These materials were already predicted to show SGS behaviour in previous studies. We computed the electronic band structure of selected materials within the framework of well-established density functional theory (DFT) and GW approximation. In a two-stage calculation, we investigated whether these materials have SGS properties, and compared the results of two methods.