Journal of Interfaces, Thin Films, and Low dimensional systems

First-principles study of the structural, electronic and magnetic properties for phosphide substitutes doping of InP nanotube by V, Mn and Ni ions

Document Type : Original Article

Authors

1 Department of Physics, Faculty of Science, Vali-e-Asr University of Rafsanjan, Rafsanjan, IRAN 771889711, P.O. Box 518

2 Department of Physics, Faculty of Science, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran

Abstract

Structural stability, electronic and magnetic properties of armchair (5, 5) InP nanotube doped with V, Mn, and Ni are investigated using first-principles calculations. The calculations are performed by the PWscf code. The V, Mn, and Ni metals are replaced by the P position in the InP nanotube. The optimized angles between them and bond lengths are calculated. The results illustrate that the magnetic moment changes are in agreement with the predicted value of Hund’s rule. The results show that Mn-doped InPNT is a ferromagnetic metal, whereas Ni-doped InPNT is a non-magnetic metal. More; importantly doping V in InPNT leads to half-metallic ferromagnetism. Thus, the present results predict that the InP nanotube doped with V is useful for industrial applications, especially in spintronic devices and Nano magnets. To identify the most stable configuration, the formation binding energy and cohesive energy are calculated for all compounds. In the end, the InP nanotube doped with Ni is more stable than others.

Keywords

Main Subjects

Article Title [Persian]

مطالعه اصول اولیه ویژگیهای ساختاری، الکترونی و مغناطیسی نانولوله های آلاییده شده ایندیوم فسفید با جایگزینی یونهای V، Mn و Ni بجای یون فسفید

Authors [Persian]

  • سید مهدی بیضائی 1
  • خدارحم قندی 1
  • پیمان امیری 2

1 گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه ولیعصر رفسنجان، رفسنجان، ایران

2 گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

Abstract [Persian]

پایداری ساختاری، خواص الکترونیکی و مغناطیسی نانولوله آرمچر(5، 5) InP آلاییده شده با اتمهای وانادیم، منگنز و نیکل با استفاده از محاسبات اصول اول بررسی شده است. محاسبات توسط کد PWscf انجام شد. اتمهای وانادیم، منگنز و نیکل بجای اتمهای P در نانولوله InP جایگزین شدند. زوایای بهینه بین آنها و طول پیوند محاسبه شد. نتایج نشان می‌دهد که تغییرات ممان مغناطیسی با مقدار پیش‌بینی‌شده قانون هوند مطابقت دارد. نتایج نشان می‌دهد که نانولوله های InP آلاییده شده با منگنز، فلز فرومغناطیسی است، در حالی که نانولوله های InP آلاییه شده با نیکل، یک فلز غیر مغناطیسی است. بعلاوه، مهمتر از همه دوپینگ V در نانولوله های InP منجر به فرومغناطیس نیمه فلزی می شود. بنابراین نتایج حاضر پیش‌بینی می‌کنند که نانولوله InP آلاییده شده با V برای کاربردهای صنعتی، به ویژه در دستگاه‌های اسپینترونیک و نانومغناطیس‌ها مفید است. برای شناسایی پایدارترین پیکربندی، انرژی تشکیل بستگی و انرژی همبستگی برای همه ترکیبات محاسبه شد. در نهایت، نانولوله InP آلاییده شده با نیکل پایدارتر از سایرین بود.

Keywords [Persian]

  • نظریه تابعی چگالی
  • فلز واسطه 3d
  • نانولوله های فسفید ایندیم
  • ویژگی الکترونیکی و ساختاری
  • دستگاه های اسپینترونیک
[1] K. Ikejiri, F.Ishizaka, K. Tomioka, T.Fukui, Nano Lett. 12 (2012) 4770.
[2] I.M. Tsidilkovski, in Electron Spectrum of Gapless Semiconductors, K. von Klitzing ed., Springer Series in Solid-State Sciences , Springer, New York, 1996.
[3] T. Jungwirth, J. Sinova, J. Masek, J. Kucera, A.H. MacDonald, Rev. Mod. Phys. 78 (2006) 809.
[4] I. Zutic, J. Fabian, S.D. Sarma, Rev. Mod. Phys. 76 (2004) 323.
[5] C. Sliwa, T. Dietl, Phys. Rev. B 78 (2008) 165205.
[6] D. Kitchen, A. Richardella, J.M. Tang, M.E. Flatte´ , A. Yazdani, Nature 442 (2006) 436.
[7] E. F. Schubert. Light Emitting Diodes. Cambridge University Press, 2003.
[8] T. Wang, X. Zeng, J. Wen, F. Pang, Z. Chen, Appl. Surf. Sci. 255 (2009) 7791.
[9] D. Bliss, Journal of the Japanese Crystal Growth Society, 27 (2000) 45.
[10] T. P. Pearsall, London: Great Britain, INSPEC, 2000.
[11] O. Wada, H. Hasegawa, Physics and Technology, New York: John Wiley & Sons, Inc., 1999.
[12] H. Liu, J. Liang, X. Liu, H. Jia, B. Xu, Mater. Lett. 82 (2012) 95.
[13] Y. Yu, Y. Zhao, H. Sun, Mater. Lett. 129 (2014) 31.
[14] R.N. Gayen, S. Hussain, R. Bhar, A.K. Pal, Vacuum 86 (2012) 1240.
[15] R.N. Gayen, S. Hussain, D. Ghosh, R. Bhar, A.K. Pal, J. Alloys Compd. 531 (2012) 34.
[16] R.N. Gayen, S.N. Das, S. Dalui, R. Paul, R. Bhar, A.K. Pal, Thin Solid Films 518 (2010) 3595.
[17] C. Tang , Y. Bando, Z. Liu, D. Golberg, Chemical Physics Letters 376 (2003) 676.
[18] J.P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77 (1996) 3865.
[19] P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini, M. Calandra, R. Car, C. Cavazzoni, D. Ceresoli, G. L. Chiarotti, M. Cococcioni, I. Dabo and et. al, J. Phys: Cond. Mat. 21 (2009) 395502.
[20] H.J. Monkhorst, J.D. Pack, Phys. Rev. B 13 (1976) 5188
[21] G. Seifert, Th. Kohler, H. M. Urbassek, E. Hernandez, Th. Frauenheim, Phys. ReV. B 63 (2001) 193409.
[22] G. Garcia, P. Sanchez-Palencia, P. Palacios , P. Wahnon, Nanomaterials 10 (2020) 283.
[23] S. Roy, M. Springborg, J. Phys. Chem. C 113 (2009) 81.
[24] M.J. Mahmoodabadia, S.M. Baizaeeb, H. Saberib, M. Ansarian, Chinese Journal of Physics 58 (2019) 8.
[25] M. Khademi, S. M. Baizaee, Marziyeh Mohammadi, Journal of Superconductivity and Novel Magnetism 34 (2021) 749.
[26] G. Xiao, L.L. Wang, Q.Y. Rong, H.Q. Xu, W.Z. Xiao, Computational Materials 124 (2016) 98.
[27] T.P. Kaloni, J .Phys. Chem .C 118 (2014)25200.
[28] G.X. Chen, Y. Zhang, D.D. Wang, J.M. Zhang, K.W. Xu, Solid State Communications 151 (2011) 139.
[29] J.M. Zhang, H.H. Li, Y. Zhang, K.W. Xu, Physica E 43 (2011) 1249.
[30] T. Movlarooy, J.Magnetis and Mag Materials 441 (2017) 139.
Journal of Interfaces, Thin Films, and Low dimensional systems
Volume 6, Issue 1 - Serial Number 1
August 2022
Pages 583-589