立方钙钛矿型EuMO3(M=Hf, Zr)的自旋极化半金属铁磁性及其在自旋电子学中的应用研究

本文通过密度泛函理论(DFT)系统研究了EuMO3(M=Hf, Zr)立方钙钛矿的结构稳定性、半金属铁磁性(HM)及热力学性能。研究发现该材料具有7 μB高磁矩、1290K居里温度(TC)和100%自旋极化率，弹性常数分析显示EuZrO3呈延展性而EuHfO3呈脆性，为自旋电子学器件开发提供了新型候选材料。

　　

亮点

立方钙钛矿型EuMO₃展现出令人振奋的自旋电子学特性：在自旋向上通道呈现金属性，而自旋向下通道显示半导体特性，这种完美的自旋极化特性使其成为制造磁隧道结和自旋阀的理想材料。

结构特性

通过FP-LAPW方法确认立方相(Pm-3m空间群)的结构稳定性。晶格常数计算显示EuHfO₃(5.31?)比EuZrO₃(5.28?)略大，这与Hf⁴⁺离子半径较大相符。

电子与磁学特性

Eu-4f⁷电子构型主导了独特的半金属行为：自旋向上通道的Eu-4f态穿过费米能级，而自旋向下通道出现4.6eV带隙，产生7μB的"巨人磁矩"。

力学性能

弹性常数计算揭示有趣的材料个性：EuZrO₃展现延展性（泊松比0.28），而EuHfO₃则表现脆性（泊松比0.24），这种差异源于B位离子对氧八面体畸变的不同响应。

热力学性能

德拜温度计算显示EuHfO₃(425K)具有更高的晶格振动能，其热膨胀系数在高温下呈现非线性增长，暗示在极端环境应用中需考虑热应力问题。

结论

这项研究为下一代自旋电子器件提供了双料候选材料：兼具超高居里温度(>1200K)和完全自旋极化的Eu基钙钛矿，其机械性能的可调性为器件集成提供了灵活选择。