A New Spin Gapless Semiconductors Family: Quaternary Heusler Compounds
采用第一性原理计算，研究了一系列四元LiMgPdSn型Heusler化合物的能带结构.计算结果表明，CoFeMnSi，CoFeCrAl，CoMnCrSi，CoFeVSi和FeMnCrSb具有独特的电子结构，在一个自旋方向上具有半金属带隙，而在另一个自旋方向上具有零宽度带隙，表现出无自旋带隙的半导体行为.我们进一步分析了所有四元Heusler合金的电子和磁性，揭示了在Heusler化合物中识别自旋无隙半导体的半经验一般规律（总价电子数为26或28）。并讨论了晶格畸变和主族元素变化的影响。
2013-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle band structure of the almost-gapless transition-metal-based Heusler semiconductors
基于过渡金属的Heusler半导体是从自旋电子学到热电学的各种应用的有前途的材料。采用$GW$近似的FLAPW方法的框架内，我们研究了准粒子能带结构的一些这样的化合物几乎是无带隙半导体。我们发现，与\textit{sp} -电子基半导体如Si和GaAs相比，在这些体系中，多体修正对电子能带结构的影响很小，能带隙增加不到0.2 eV，这使得起点密度泛函理论（DFT）成为描述这些材料电子和光学性质的一个很好的近似.此外，可以通过改变晶格参数或通过取代\emph{sp} -化学元素来调谐带隙。
2016-03-15 cond-mat.mtrl-sci
New spin injection scheme based on spin gapless semiconductors: A first-principles study
基于常规和/或半金属铁磁体/半导体的自旋注入效率由于电导失配而受到施密特障碍的极大限制，本文提出用无自旋带隙半导体代替金属注入器可以显著降低电导失配，从而提高自旋注入效率。通过基于超晶格结构的第一性原理计算，研究了Mn_2CoAl/半导体自旋注入器方案的代表性体系。结果表明，（100）界面的Mn_2CoAl/Fe_2VAl和（110）界面的Mn_2CoAl/GaAs体系在界面处保持了较高的自旋极化，后者有望具有较长的自旋扩散长度。继承自Mn 2CoAl的自旋无隙特征，在两个系统中的多数自旋态密度中在费米能级周围观察到明显的下降，表明低密度载流子的快速传输。
2015-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Electronic, magnetic and galvanomagnetic properties of Co-based Heusler alloys: possible states of a half-metallic ferromagnet and spin gapless semiconductor
不同X $_2$ YZ Heusler合金的能隙参数以及相应的电子、磁性和电磁性质可能会有很大差异。特别是具有几乎100%自旋极化的载流子的半金属铁磁体（HMF）和自旋无隙半导体（SGS）是自旋电子学的有前途的材料。跟踪Co $_2$ YSi（Y = Ti、V、Cr、Mn、Fe）和Co $_2$ MnZ Heusler合金（Z = Al、Si、Ga、Ge）在可能的HMF和/或SGS状态下的电、磁和电流磁性质的变化，并建立它们的互连。发现磁化强度和剩余电阻率的值发生了显著变化，同时观察到这些电子和磁性特征的变化与价电子数和自旋极化之间的相关性。
2021-02-01 cond-mat.mtrl-sci
High throughput screening for spin-gapless semiconductors in quaternary Heusler compounds
基于高通量的密度泛函理论计算，对四元Heusler合金XX 0 YZ（X，X 0，Y为不含Tc的过渡金属元素，Z为B，Al，Ga，In，Si，Ge，Sn，Pb，P，As，Sb，Bi中的一种）中的自旋无带隙半导体进行了系统的筛选.根据经验法则，我们把重点放在21、26或28个价电子的化合物上，得出了12000种可能的化学组成。在系统地评估了热力学、力学和动力学稳定性之后，我们成功地鉴定了70个稳定的SGS，并通过具有适当磁性基态的显式电子结构计算证实。结果表明，所有四种类型的SGS可以实现，定义的基础上的费米能周围的带的自旋特性，和类型II SGS显示出有前途的自旋电子学应用的输运性质。研究了自旋-轨道耦合效应导致的大的各向异性磁电阻和反常能斯特效应。
2018-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Spin injection based on the spin gapless semiconductor(SGS)/semiconductor heterostructures
基于传统铁磁体（或半金属铁磁体）/半导体的自旋注入效率由于电导失配而受到Schmidt障碍的极大限制，本文提出用无自旋带隙半导体代替金属注入器可以在保持高自旋极化的同时显著降低电导失配。通过基于超晶格结构的第一性原理计算，研究了Mn_2CoAl/半导体自旋注入器方案的代表性体系。结果表明，（100）界面的Mn_2CoAl/Fe_2VAl和（110）界面的Mn_2CoAl/GaAs体系在界面处保持了较高的自旋极化，后者有望具有较长的自旋扩散长度。继承自Mn 2CoAl的自旋无隙特征，在两个系统中的多数自旋DOS中观察到费米能级周围的明显下降，表明低密度载流子的快速传输。
2014-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A first-principles DFT+GW study of spin-filter and spin-gapless semiconducting Heusler compounds
在赫斯勒化合物中，磁性半导体（也称为自旋过滤材料）被广泛研究，因为它们在自旋电子/磁电子器件中提供了新的功能。无自旋带隙半导体是一个特例。它们在两个自旋通道中的一个中具有零或几乎零的能隙。我们采用$GW$近似，它允许一个精心处理的电子相关性，来模拟这些材料的电子能带结构。我们的研究结果表明，在大多数情况下，使用$GW$自能，而不是通常的密度泛函是重要的，以准确地确定磁性半导体的电子性质。
2017-06-09 cond-mat.mtrl-sci
A new spin gapless semiconductor: quaternary Heusler CoFeCrGa alloy
尽管有大量的材料被建议用于自旋电子应用，但已经出现了一类新的材料，即自旋无隙半导体（SGS），其提供了比现有材料更有利的性能。这些磁性半导体表现出有限的带隙为一个自旋通道和封闭的间隙为其他。在这里，支持的第一性原理，电子结构计算，我们报告的第一个实验证据SGS行为在等原子四元CoFeCrGa，具有立方Heusler（L21）结构，但表现出化学无序（DO 3结构）。CoFeCrGa在高压下发生了由SGS向半金属相的转变，这是由于其独特的电子结构特征。在8 K下得到的饱和磁化强度（MS）符合Slater Pauling规则，居里温度（TC）超过400 K。载流子浓度（高达250 K）和电导率被观察到几乎是温度无关的，SGS的先决条件。在5 K时，反常霍尔系数估计为185 S/cm。考虑到SGS性质和高TC，这种材料似乎是有前途的自旋电子应用。
2015-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Proposal for valleytronic materials: ferrovalley metal and valley gapless semiconductor
Valleytronic材料可以为未来的电子设备提供新的自由度。本文提出了铁谷金属（FVM）和谷无带隙半导体（VGS）的概念，它们可以通过电场调谐在谷电子双层系统中实现，其中面外铁电性和A型反铁磁性之间的相互作用可以诱导层极化反常谷霍尔（LP-AVH）效应。FVM的K谷和-K谷都是金属的，电子和空穴载流子同时存在。在极端情况下，FVM可以通过类比自旋无带隙半导体（SGS）而变成VGS。此外，还提出了在谷电子双层膜系统中，电场可以实现谷分裂增强和谷极化反转。以双层$\mathrm{RuBr_2}$为例，通过第一性原理计算证实了我们的建议。在双层$\mathrm{RuBr_2}$中，通过施加电场可以实现FVM和VGS。在适当的电场范围内，增大电场可以增强谷分裂，翻转电场方向可以使谷极化反转。为了在双层系统中通过电场有效地调节谷特性，母单层应该具有面外磁化，并且具有大的谷分裂。我们的研究结果揭示了电场在调控谷电子双层系统中的可能作用，并为利用电场设计铁谷相关材料提供了一种途径。
2023-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Half-Metallic Ferromagnets and Spin Gapless Semiconductors
简要回顾了半金属铁磁体（HMF）和自旋无隙半导体（SGS）的实验和理论研究。电阻率和磁阻率的数据。讨论了电子-磁振子散射引起的非准粒子态在输运性质中的重要作用。HMF中的低温电阻率问题被处理的单磁振子和双磁振子散射过程。
2019-02-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin gapless semiconductors
自旋无带隙半导体（SGS）是一类具有完全自旋极化的电子和空穴的新型零带隙材料。它们桥接零间隙材料和半金属。SGS的能带结构可以具有两种类型的能量色散：狄拉克线性色散和抛物线色散。Dirac型自旋自旋系统具有全自旋极化的Dirac锥，为无质量、全自旋极化的自旋电子学以及通过量子反常霍尔效应实现无耗散的边缘态提供了一个平台.由于它们具有迷人的自旋和电荷态，在自旋电子学中有着巨大的应用潜力。世界各地都在努力寻找合适的SGS候选者。特别是，有越来越多的兴趣在寻找狄拉克类型的SGS。在过去的十年中，大量的狄拉克或抛物型的自旋共振被密度泛函理论预言，并且一些抛物型的自旋共振已经被实验证实。它在高速、低能耗的自旋电子学、电子学和光电子学领域具有巨大的应用潜力。在这里，我们回顾狄拉克和抛物型的SGS在不同的材料系统和概述SGS的概念，新的自旋和电荷状态，和潜在的应用SGS在下一代自旋电子器件。
2020-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Dirac spin gapless semiconductors: Ideal platforms for massless and dissipationless spintronics and new (quantum) anomalous spin Hall effects
为了实现超快、超低功耗的自旋电子器件，新一代自旋电子学应是理想的无质量、无耗散的自旋电子学。我们证明了具有线性能量色散的无自旋能隙材料是能够实现这些无质量和无耗散态的独特材料。此外，我们提出了四种新类型的自旋霍尔效应，其中包括自旋积累的相同数量的电子和空穴具有相同或相反的自旋极化在样品边缘的霍尔效应测量，但与消失的霍尔电压。这些新的霍尔效应可以归类为（量子）反常自旋霍尔效应。本文介绍了线性色散和抛物色散的无自旋能隙半导体的无质量无耗散自旋电子学和新的自旋霍尔效应。在具有蜂窝或正方形晶格的简单氧化物的铁磁单层中，证明了Dirac型或抛物型自旋无隙半导体的新的可能候选者。
2016-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
NiCl3 Monolayer: Dirac Spin-Gapless Semiconductor and Chern Insulator
量子反常霍尔（QAH）效应的实际应用的最大障碍是缺乏合适的具有大的非平凡带隙、室温磁有序和高载流子迁移率的QAH材料（Chern绝缘体）。本文采用第一性原理计算研究了氯化镍（NiCl 3）单层膜的特性。NiCl_3单层膜是一类新型的Dirac材料，具有Dirac自旋无隙半导体性质和高温铁磁性（~ 400 K）。考虑到自旋-轨道耦合，NiCl 3单层成为一个本征绝缘体，具有~24 meV的大的非平凡带隙，对应于高达~ 280 K的工作温度，在该温度下可以观察到量子反常霍尔效应。计算出的大的非平凡的间隙，高居里温度和单自旋狄拉克态在此报告的NiCl 3单层导致我们提出，这种材料给一个很大的承诺，为潜在的实现近室温QAH效应和潜在的应用自旋电子学。最后但并非最不重要的是，狄拉克费米子的费米速度约为4 × 105 m/s，表明在NiCl 3单层中具有非常高的迁移率。
2016-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Half-metallic Ferromagnets, Spin Gapless Semiconductors, and Topological Semimetals Based on Heusler Alloys
综述了Heusler合金在半金属铁磁体、自旋无隙半导体和拓扑半金属状态下的电子结构、电子和磁性的理论和实验研究。这些物质具有不寻常的、对外界影响高度敏感的磁性和电子特性，这与它们中存在的能隙和外来激发有关。在这些状态中的每一个，以及在它们之间的过渡的电子结构和性质的行为和演变的功能，被认为是。有目的地控制这些材料的性能的可能性对于它们的实际应用是有前景的。
2021-11-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
$Ab$ $intito$ study on some new spin-gapless semiconductors: The Zr-based quanternary Heusler alloys
采用$ab$ $intito$电子结构计算方法，研究了Zr基四元Heusler合金：ZrCoVIn，ZrFeVGe，ZrCoFeP，ZrCoCrBe和ZrFeCrZ（Z=In和Ga）的电子和磁性.我们的$ab$ $intito$计算结果表明，所有的合金都是（或几乎是）无自旋带隙半导体。所有的合金都具有较大的带隙，表明它们在室温下是稳定的。并对这些合金的Slater-Pauling行为进行了讨论。估算了所有合金的居里温度。计算结果表明，我们所计算的四元Heusler合金的居里温度均高于室温。
2015-01-20 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Spin-1 Dirac half-metal, spin-gapless semiconductor, and spin-polarized massive Dirac dispersion in transition metal dihalide monolayers
自旋-1凝聚态系统的特点是结合了Dirac-like色散和平坦能带，是实现高温电子学和自旋电子学技术在没有外部磁场的理想选择。在这项研究中，我们提出了一个三带紧束缚模型，自旋极化Haldane类次近邻隧穿，骰子晶格和自旋-1狄拉克半金属，自旋-1狄拉克自旋无隙半导体，自旋极化自旋-1质量狄拉克色散与非平凡拓扑结构可以存在于二维铁磁凝聚物质系统中的电子自旋极化P = 1。所提出的自旋极化自旋1相可以有效地实现在铁磁过渡金属二卤化物MX2单分子膜。通过第一性原理计算，我们证明了当M = Fe，X = Br，Cl时，小的压应变使MX2单层膜成为自旋为1的Dirac半金属，而当M = Co，X = Br，Cl时，MX2单层膜成为自旋为1的Dirac无带隙半导体.自旋一狄拉克无自旋带隙半导体CoBr 2和CoCl 2嵌入平带铁磁性，其中自旋轨道耦合在分散价态和导带之间打开拓扑非平凡狄拉克带隙，同时使平带不受影响。自旋极化的自旋1质量狄拉克色散中的内禀平带铁磁性是实现量子反常霍尔态（Chern数C =-2）的关键。
2019-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Features of the Electronic and Magnetic Properties of Heusler Alloys in the States of a Half-Metallic Ferromagnet and a Spin-Gapless Semiconductor
M.N. Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院乌拉尔分校 M.N. 米凯耶夫金属物理研究所）
本文研究了Heusler合金在半金属铁磁体和自旋无隙半导体状态下的电子与磁性性质特征，探讨了其在自旋电子学中的应用潜力。
2025-12-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Unconventional gapless semiconductor in an extended martini lattice in covalent honeycomb materials
我们研究了扩展的Martini晶格模型中的特征电子结构，并提出了它在$π$中的具体化-通过指定的化学吸附在石墨烯和硅烯上构建的电子网络。通过研究最小紧束缚模型，我们揭示了丰富的电子结构的跳跃参数的比例调整，从带绝缘体到非常规的无带隙半导体。值得注意的是，非常规的无带隙半导体的特征在于费米能级处的平坦带。此外，对候选材料的密度泛函理论计算表明，特征电子结构可以通过在石墨烯和硅烯上指定的化学吸附或化学取代来实现，并且费米能级附近的电子结构可以通过选择吸附原子的原子种类来调节。我们的结果开辟了寻找奇异的电子结构和功能诱导的扩展马提尼晶格的方式。
2023-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Anomalous Hall conductivity and electronic structures of Si-substituted Mn$_{2}$CoAl epitaxial films
研究了Si取代Mn $_{2}$ CoAl（Mn $_{2}$ CoAl $_{1-x}$ Si $_{x}$）的反常霍尔电导（$σ$ $_{\rm AHC}$）和电子能带结构.第一性原理计算表明，在Mn $_{2}$ CoAl $_{1-x}$ Si $_{x}$中，即使用四元Si取代Al，电子能带结构仍类似于无自旋带隙系统.这意味着Si取代能够实现费米能级移动，而不会大大改变Mn $_{2}$ CoAl中的电子结构。通过使用分子束外延（MBE）技术，可以生长Mn $_{2}$ CoAl $_{1-x}$ Si $_{x}$外延膜，导致$x$的系统控制（0 $\le$ $x$ $\le$ 0.3）。除了电导率之外，Mn $_{2}$ CoAl $_{1-x}$ Si $_{x}$膜的$σ$ $_{\rm AHC}$值类似于先前报告中所示的Mn $_{2}$ CoAl膜中的那些。我们注意到，对于$x =$ 0.225，获得了非常小的$σ$ $_{\rm AHC}$（$\sim$ 1.1 S/cm），并且$σ$ $_{\rm AHC}$的符号在$x =$ 0.25附近从正变为负。我们讨论了起源的符号反转的$σ$ $_{\rm AHC}$作为一个结果的费米能级移动MCA。考虑到Mn $_{2}$ CoAl $_{1-x}$ Si $_{x}$薄膜中结构无序的存在，我们可以得出结论：$σ…
2018-02-18 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculations of exchange interactions, spin waves, and temperature dependence of magnetization in inverse-Heusler-based spin gapless semiconductors
采用第一性原理电子结构计算结合冻结磁振子方法，我们计算了反Heusler基自旋无带隙半导体（SGS）化合物Mn $_2$ CoAl，Ti $_2$ MnAl，Cr $_2$ ZnSi，Ti $_2$ CoSi和Ti $_2$ VA中的交换相互作用，自旋波色散和自旋波刚度常数.我们发现它们的磁行为类似于半金属铁磁全Heusler合金，即，亚晶格间交换相互作用在磁基态的形成和确定居里温度$T_\mathrm{c}$中起着重要作用。除Ti $_2$ CoSi外，所有化合物都具有亚铁磁基态。由于在一个自旋通道中的有限的能隙，交换相互作用随着距离急剧衰减，并且因此这些SGS的磁性可以仅考虑最近和次最近邻交换相互作用来描述。计算的自旋波色散曲线是典型的亚铁磁体和铁磁体。自旋波刚度常数比基本的3 $d$ -铁磁体的自旋波刚度常数大。计算的交换参数被用作输入，以确定SGS的磁化强度和$T_\mathrm{c}$的温度依赖性。我们发现所有化合物的$T_\mathrm{c}$都远高于室温。计算的Mn $_2$ CoAl的磁化曲线和居里温度与实验数据吻合得很好。本研究有望为更深入地了解基于逆Heusler的SGS的磁性铺平道路，并提高这些材料在自旋电子和磁电子器件中的应用的兴趣。
2015-05-14 cond-mat.mtrl-sci
CoRuTiGe: A Possible Spin Gapless Semiconductor
Bennett University（贝内特大学）；Tohoku University（东北大学）；Shiv Nadar Institution of Eminence（希夫·纳德卓越学院）；Chaudhary Charan Singh University（乔杜里·查兰·辛格大学）；UGC-DAE Consortium for Scientific Research（UGC-DAE科学研究中心）
研究通过实验和理论分析揭示了四元Heusler合金CoRuTiGe的自旋无隙半导体特性，包括其磁性和电导行为，为自旋电子学应用提供了新前景。
2025-08-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin gapless semiconducting behavior in equiatomic quaternary CoFeMnSi Heusler alloy
自旋无带隙半导体（SGS）形成了一类新的磁性半导体，其对于一个自旋子带具有带隙，而对于另一个自旋子带具有零带隙，因此可用于基于可调谐自旋输运的应用。本文报道了CoFeMnSi Heusler合金中自旋无带隙半导体行为的第一个实验证据。第一性原理能带结构计算也证实了这种行为。通过实验验证了理论计算得到的最稳定构型。该合金被发现结晶在立方Heusler结构（LiMgPdSn型）与一定量的无序，并具有3.7玻尔磁子/f. u的饱和磁化强度。居里温度为620 K。发现饱和磁化强度遵循Slater Pauling行为，这是SGS的先决条件之一。在5 ~ 300 K范围内，载流子浓度和电导率几乎与温度无关。在5 K时获得了162 S/cm的反常霍尔系数。点接触Andreev反射数据已经产生了0.64的电流自旋极化值，这被认为是对结构紊乱的鲁棒性。所有这些性质对于自旋电子学的应用，如自旋注入，是非常有前途的，可以弥补半金属铁磁体和半导体之间的对比行为之间的差距。
2014-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Effect of the Lattice-distortion on the Electronic Structure, Magnetic Anisotropy, and Hall Conductivities of the CoFeCrGa Spin Gapless Semiconductor: A First-Principles Study
该研究通过第一性原理计算发现，CoFeCrGa自旋无带隙半导体在均匀应变下保持优良性质，在四方畸变下呈现高自旋极化与巨大磁各向异性，凸显其自旋电子学应用潜力。
2025-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Anomalous Hall Effect in Magnetic Doped Topological Insulators and Ferromagnetic Spin-Gapless Semiconductors -- A Perspective Review
量子反常霍尔效应是电子学/自旋电子学输运应用中的无耗散手征边缘态的标志，可以在具有大自旋轨道耦合和强内禀磁化的材料中实现。在Halfman开创性的提议之后，已经提出了几种模型来控制/增强自旋轨道耦合和内禀磁交换相互作用。本文在简要介绍了无脊椎费米子的Halfton模型之后，重点讨论了以下三种基本的量子反常Hall模型：（i）磁掺杂拓扑绝缘体（Bi，Sb）2 Te 3薄膜的低能有效四带模型，（ii）磁性吸附原子的石墨烯的四带紧束缚模型，和（iii）具有蜂窝（kagome）晶格的铁磁自旋无隙半导体的两（三）带自旋紧束缚模型，其中基态是本征铁磁的。这些模型涵盖了二维Dirac材料中的无自旋、有自旋和自旋简并的Dirac点，其中各种质量项打开带隙并导致量子反常霍尔效应。重点讨论了铁磁交换作用驱动的拓扑相变及其与自旋轨道耦合的相互作用，讨论了对质量项性质的各种对称性约束以及这些模型的具体化。我们希望这项研究将有助于阐明量子反常霍尔材料的基本理论观点。
2020-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magneto-transport properties of oriented Mn2CoAl films sputtered on thermally oxidized Si substrates
自旋无带隙半导体是一类集磁性和半导体性于一体的新型材料。它在未来自旋电子学中的潜在应用需要以薄膜形式实现。在这封信中，我们报告了一个成功的自旋无带隙Mn2CoAl薄膜的磁控溅射沉积在热氧化硅衬底上。在673K下沉积的薄膜具有较好的（001）取向，表面结晶均匀。取向膜上的磁输运测量揭示了一个类似的电阻率，小的异常霍尔电导率和线性磁阻（MR）代表的自旋无隙半导体的运输签名。薄膜的磁性能也进行了研究，并与大块Mn2CoAl相比，与小的差异引起的成分偏差。
2014-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Half-Metal Spin-Gapless Semiconductor Junctions as a Route to the Ideal Diode
理想二极管是一个理论概念，在正向偏压下完全传导电流而没有任何损耗，并且在反向偏压下表现得像一个完美的绝缘体。然而，实际二极管具有电子必须克服的结势垒，因此它们具有阈值电压$V_T$，必须将该阈值电压提供给二极管以使其导通。在这项工作中，基于半金属磁体和自旋无隙半导体，我们提出了一个二极管的概念，不具有结势垒，其工作原理依赖于HMM和SGS材料的自旋相关的输运性质。我们表明，HMM和SGS材料形成欧姆接触下的任何有限的正向偏压，而对于反向偏置的电流被阻止由于自旋相关的过滤的电子。因此，HMM-SGS结充当具有零阈值电压$V_T$和线性$I-V$特性以及在零温度下的无限通断比的二极管。然而，在有限的温度下，非自旋翻转热激发的高能电子以及低能自旋翻转激发可以引起漏电流，从而降低反向偏置下的开：关比。此外，零阈值电压允许检测极弱的信号，并且由于欧姆HMM-SGS接触，所提出的二极管具有高得多的电流驱动能力和低电阻，这与常规半导体二极管相比是有利的。我们采用NEGF方法结合密度泛函理论（DFT）来证明基于二维半金属Fe/MoS $_2$和无自旋带隙半导体VS $_2$平面异质结的二极管的线性$I-V$特性。
2020-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Peculiarities of electronic transport and magnetic state in half-metallic ferromagnetic and spin gapless semiconducting Heusler alloys
本文简要介绍了半金属铁磁体和自旋无带隙半导体的实验和理论研究，可能的候选者是X $_2$ YZ（X = Mn，Fe，Co; Y = Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni; Z = Al，Si，Ga，Ge，In，Sn，Sb）Heusler合金。电阻率，正常和异常霍尔效应，和磁性能的数据。结果表明，Co $_2$ FeZ合金表现出常规铁磁体的性质，HMF性质也表现在Z分量的变化。Fe $_2$ YAl和Mn $_2$ YAl合金在Y分量变化时，表现出金属和半导体电子特性，磁性从铁磁态转变为补偿亚铁磁态。HMF和自旋无隙半导体态被认为存在于这些Heusler合金系统中。
2019-12-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Competing magnetic and spin gap-less semiconducting behaviour in fully compensated ferrimagnet CrVTiAl: Theory and Experiment
本文报道了多晶CrVTiAl合金的结构、磁性和输运性质以及第一性原理计算。在室温下，它以LiMgPdSn型结构结晶，晶格参数为6.14 μ m。（111）峰的缺失和（200）峰的存在表明Al与Cr和V原子的反位无序。磁化强度的测量揭示了一个亚铁磁转变附近710 K和矫顽场100 Oe在3 K。非常低的磁矩和矫顽磁场表明合金中的亚铁磁性完全补偿。电阻率温度系数为负，表明具有半导体性质。电阻率对温度的指数依赖性的缺乏指示无带隙/自旋无带隙半导体行为。对CrVTiAl合金三种可能的晶体结构的电子和磁性进行了理论研究。所有这三种构型都被发现是不同形式的半导体。基态组态是一个完全补偿的亚铁磁体，上自旋带和下自旋带的带隙分别为0.58 eV和0.30 eV。下一个更高能量的配置也是亚铁磁性的，但具有无自旋能隙的半导体性质。最高能量配置对应于非磁性无隙半导体。这些配置之间的能量差是相当小的（$<$ 1 $\mathrm{mRy/atom}$），这表明在有限的温度下，合金存在于无序相，这是三种配置的混合物。通过考虑到理论和实验结果，我们得出结论，CrVTiAl是一个完全补偿的亚铁磁体与占主导地位的自旋能隙的半导体性质。
2017-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Beyond conventional half-metals: gapless states and spin gapless semiconducting behavior in X$_2$MnGa (X = Ti, Ir) Heusler compounds
本文利用DFT+U方法研究X2MnGa（X=Ti, Ir）Heusler合金，发现Ti2MnGa在XA型中呈现自旋无能隙半导体行为，Ir2MnGa在L21型中呈现无能隙半金属性，揭示了结构相变对电子性质的可调性及其在自旋电子学器件中的应用潜力。
2025-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Topological Weyl Phase of an Ideal Spin-Gapless Semiconductor KCrSe
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）；Hokkaido University（北海道大学）
通过第一性原理计算，发现半Heusler化合物KCrSe是理想的自旋无带隙Weyl半金属，具有单个Weyl节点对、接近费米能级的清洁电子谱和显著的反常输运响应。
2026-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Large thermo-spin effects in Heusler alloy based spin-gapless semiconductor thin films
该研究测量MgO上CoFeCrGa薄膜的ANE与LSSE，揭示其室温大系数、共同温度峰值及与磁各向异性和阻尼的关联。
2023-08-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin Gapless Semiconducting Nature in Co-rich Co1+xFe1-xCrGa: Insight and Advancements
在这份报告中，我们提出的结构，电子，磁性和输运性质的富钴自旋无隙半导体CoFeCrGa使用理论和实验技术。富钴样品$\mathrm{Co_{1+x}Fe_{1-x}CrGa}$的主要优点是高居里温度（T $\mathrm{_C}$）和磁化强度，而不损害SGS性质（高达x = 0.4），因此我们选择了它。发现四元Heusler合金$\mathrm{Co_{1+x}Fe_{1-x}CrGa}$（x = 0.1 ~ 0.5）以空间群为$F\bar{4}3m$（\# 216）的LiMgPdSn型结构结晶。测量的居里温度从690 K（x = 0）增加到870 K（x = 0.5）。观察到的磁化强度值遵循斯莱特-鲍林规则。在5-350 K的温度范围内测量的电阻率表明，合金在x = 0.4之前保持SGS行为，超过x = 0.4，它反映了金属特性。与常规半导体不同，在300 K下的电导率值（$\mathrm{σ_{xx}}$）在2289 S $\mathrm{cm^{-1}}$至3294 S $\mathrm{cm^{-1}}$的范围内，这接近于其它报道的SGS材料的电导率值。反常霍尔效应相对较低。本征效应对反常霍尔电导率的贡献随x的增加而增加，这可能与化学序的增强有关。发现反常霍尔系数从x = 0.1时的38 S/cm增加到0.3时的43 S/cm。塞贝克系数在低于300 K时变得非常小，这是S…
2018-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Multifunctional steep-slope spintronic transistors with spin-gapless-semiconductor or spin-gapped-metal electrodes
本文提出以自旋无带隙半导体或自旋带隙金属为电极的多功能自旋电子FET，结合亚60 mV/dec开关、非局域巨磁阻和负微分电阻，并通过VS2/Ga2O2 FET模拟验证其低功耗高性能潜力。
2025-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Anti-site disorder and Berry curvature driven anomalous Hall effect in spin gapless semiconducting Mn2CoAl Heusler compound
自旋无带隙半导体是一类自旋通道带隙有限，而另一类自旋通道带隙闭合的新型磁性材料，在自旋电子学领域有着巨大的应用潜力。在反Heusler化合物Mn 2CoAl中观察到了自旋无带隙半导体行为的第一个实验证据。在这里，我们报告的晶体结构和异常霍尔效应在Mn 2CoAl的实验和理论研究的详细调查。高分辨率的同步辐射X射线衍射数据的分析表明反赫斯勒结构内的Mn和Al原子之间的反位无序。随温度变化的电阻率显示半导体行为，并遵循无序金属的Mooijs标准。反常霍尔电阻率的标度行为表明，Mn 2 CoAl中的反常霍尔效应主要受动量空间中Berry曲率的内禀机制控制。实验的本征反常霍尔电导率（AHC）被发现是35 S/cm，这是相当大的有序Mn 2CoAl的理论预测值。我们的第一性原理计算得出的结论是，Mn和Al原子之间的反位无序增强的Berry曲率，因此本征AHC的值，这是在一个非常好的协议与实验。
2022-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast magnetization dynamics in pure and doped Heusler and inverse Heusler alloys
采用基于第一性原理密度泛函理论和原子自旋动力学的多尺度方法，研究了一种反Heusler和一种Heusler化合物及其合金的电子结构和磁化动力学. e. Mn $_{2-x}Z_x$ CoAl和Mn $_{2-x}Z_x$ VAl，其中$Z$分别= Mo、W、Os和Ru。Mn $_{2}$ CoAl和Mn $_{2}$ VAl Heusler合金的亚铁磁有序的签名反映在计算的海森堡交换常数。它们随原子间距离的变化非常迅速，并且具有短的射程，这是少数自旋带中有限能隙存在的结果。计算的吉尔伯特阻尼参数Mn $_2$ CoAl和Mn $_2$ VAl是高的相比，其他半金属，但有趣的是，在特定的情况下，反Mn $_{2}$ CoAl合金和由于自旋无隙半导体性质，阻尼参数随掺杂浓度明显矛盾的一般趋势。原子自旋动力学模拟预测超快磁化开关在Mn $_{2}$ CoAl和Mn $_{2}$ VAl的影响下的外部磁场，从阈值场$2\text{T}$。我们的总体发现扩展与Heusler和逆Heusler合金，一类材料，表现出激光诱导磁开关。
2018-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic-Field Induced Semimetal in Topological Crystalline Insulator Thin Films
研究了拓扑晶体绝缘体（TCI）薄膜在外电磁场作用下的电磁特性。TCI薄膜是一种以镜像陈数为指标的拓扑绝缘体。结果表明，在面内磁场作用下，随着一对具有相反手征的无隙锥的出现，带隙闭合。一对无间隙点具有相反的涡数。这是一个回忆的一对外尔锥在三维外尔半金属。因此，我们提出了一个磁场诱导的半金属-半导体转变的二维材料。这是一种巨磁阻效应，其电阻率受磁场控制。我们发现，外加电场使无带隙点发生位移，并使费米速度沿面内磁场的方向重整化。
2014-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structure-driven intercalated architecture of septuple-atomic-layer $MA_2Z_4$ family with diverse properties from semiconductor to topological insulator to Ising superconductor
受七原子层MnBi $_2$ Te $_4$在结构上可以看作是双原子层MnTe嵌入五原子层Bi $_2$ Te $_3$的组合的事实的启发，我们提出了一种构造12个七原子层的$α_i$ -和$β_i$ - $MA_2Z_4$单层家族的一般方法（\emph{i} = 1至6）通过将MoS $_2$ -型$MZ$ $_2$单层插入InSe-型A $_2$ Z $_2$单层中。除了再现实验合成的$α_1$ $_2$ N $_4$、$α_1$ $_2$ N $_4$和$β_5$ $_2$ Te $_4$单层材料之外，还预测了另外66种在价电子数（VEC）上跨越宽范围的性质的结晶和动态稳定的$MA_2Z_4$。具有32或34 VEC规则的$MA_2Z_4$大多数是具有直接或间接带隙的半导体，然而，具有33 VEC的通常是金属、半金属铁磁性或无自旋带隙半导体，取决于未成对电子是否被自旋极化。此外，我们还提出了用于自旋谷极化的$α_2$ $_2$ PPDMATHABMN，用于Ising超导体的$α_1$ $_2$ NPDMATHABMN和用于拓扑绝缘体的$β_2$ $_2$ Se $_4$.
2020-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic and transport properties of Mn2CoAl oriented thin films
研究了Heusler亚铁磁体Mn_{2} CoAl的薄膜的结构、磁性和输运性质，以获得与自旋无带隙半导体相关的性质。用分子束外延法在GaAs衬底上生长了取向薄膜，发现随着退火温度的升高，薄膜的结构由四方晶向立方晶转变。的异常霍尔电阻率被发现是成比例的平方的纵向电阻率和磁化预期的拓扑Berry曲率的起源。自旋极化载流子类型的微妙平衡与电压栅极调谐相结合时，可能会对先进的电子器件产生重大影响。
2013-09-25 cond-mat.mtrl-sci
$Ab$ $Initio$ Study of Magnetic Tunnel Junctions Based on Half-Metallic and Spin-Gapless Semiconducting Heusler Compounds: Reconfigurable Diode and Inverse Tunnel-Magnetoresistance Effect
磁隧道结（MTJ）由于其作为诸如MRAM的非易失性存储器以及用于磁逻辑应用的潜在用途而在过去几十年中吸引了强烈的研究兴趣。半金属磁体（HALF）已被建议作为MTJ的理想电极材料，以实现极大的隧道磁阻（TMR）效应。尽管它们的高TMR比，基于HALTH的MTJ不表现出电流整流，即，二极管效应，这是在磁隧道结概念的基础上实现的受阻和II型自旋无隙半导体（SGS）。所提出的概念最近已被实验证明使用Heusler化合物。在目前的工作中，我们调查从第一性原理MTJ的基础上II型SGS和HMM四元Heusler化合物FeVTaAl，FeVTiSi，MnVTiAl，和CoVTiSb。我们的$ab$ $initio$量子输运计算的基础上的非平衡格林函数方法表明，所考虑的MTJ表现出电流整流与相对较高的开：关比。我们表明，在传统的半导体二极管相比，MTJ的整流偏置电压窗口（或击穿电压）是有限的HMM和SGS Heusler化合物的自旋间隙。本发明MTJ的独特特征在于二极管效应可以动态配置，即，取决于电极磁化的相对取向，MTJ允许电流在一个或另一个方向上通过，这导致反向TMR效应。非易失性、可重构二极管功能、可调整流电压窗口和电极材料的高居里温度的组合使得所提出的MTJ对于室温自旋电子学应用非常有前途，并且为磁存储器和逻辑概念以及逻辑存储器计算开辟了道路。
2022-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Quantum Spin Hall Effect in Inverted Type II Semiconductors
量子自旋霍尔（QSH）态是量子物质的一种拓扑非平凡态，它保持了时间反演对称性;它在本体中具有能隙，但在边缘处具有拓扑鲁棒的无隙态。最近，这一新的效应已被预测和观察到的碲化汞量子阱。在这项工作中，我们预测在由InAs/GaSb/AlSb制成的II型半导体量子阱中产生类似的效应。量子阱能带结构具有与CdTe/HgTe量子阱类似的“反转”相，当费米能级位于带隙内时，其为QSH态。由于该量子阱的非对称结构，反转对称性破缺和层间电荷转移效应是必不可少的。通过标准的自洽计算，我们表明，QSH状态持续存在时，包括这些修正，和正常的绝缘体和QSH相位之间的量子相变可以通过栅极电压电调谐。
2008-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current-Voltage Characteristics of Graphane p-n Junctions
与作为无隙半导体的石墨烯相反，石墨烯烷（氢化石墨烯）是具有能隙的半导体。与二维几何形状、石墨烯的独特传输特征以及掺杂石墨烷的可能性一起，可以限定p和n区域，使得2D pn结在小的反向电流下变得可行。本文介绍了一个基本的分析，以获得这种二维pn结的电流-电压特性的石墨。正如我们所表明的，在肖克利结定律的近似下，这种pn结的I-V特性是理想的。
2009-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First principles design of Ohmic spin diodes based on quaternary Heusler compounds
欧姆自旋二极管（OSD）是自旋电子学中的一个新概念，它是基于半金属磁体（HALF）和自旋无隙半导体（SGS）。四元Heusler化合物提供了一个独特的平台，以实现用于室温应用的OSD，因为这些材料具有非常高的居里温度以及同一家族中的半金属和无自旋隙半导体行为。使用最先进的第一性原理计算结合非平衡格林函数方法，我们设计了四种不同的基于半金属和自旋无隙半导体四元Heusler化合物的OSD。所有四种OSD都表现出线性电流-电压（$I-V$）特性，其中零阈值电压$V_T$。我们发现，这些OSD具有一个小的漏电流，这源于在SGS电极的费米能级周围的相反的自旋通道的导带和价带边缘的重叠。获得的开/关电流比在$30$和$10^5$之间变化。我们的研究结果可以为有序四元Heusler化合物家族中的OSD的实验制备铺平道路。
2021-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Disorder mediated fully compensated ferrimagnetic spin-gapless semiconducting behaviour in Cr3Al Heusler alloy
Indian Institute of Technology Palakkad（印度理工学院帕拉卡德分校）；Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）；Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）；Central University of Haryana（哈里亚纳邦中央大学）；Indian Institute of Science Education and Research, Thiruvananthapuram（印度科学教育与研究机构，特鲁万得琅校区）；UGC-DAE Consortium for Scientific Research（UGC-DAE科学研究联盟）；Bhabha Atomic Research Centre（巴哈原子研究中心）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）
研究揭示了Cr3Al合金在无序结构下同时表现出自旋无隙半导体传输和完全补偿的反铁磁性行为，为高效spintronic器件提供了新平台。
2025-12-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Effect of antisite disorder on the magnetic and transport properties of a quaternary Heusler alloy
本研究综合分析四元Heusler合金CoFeMnSn的结构、磁性等性质，发现其存在部分反位无序、室温铁磁性及内禀反常霍尔效应，证实该材料在自旋电子器件领域具有应用潜力。
2024-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Vanishing of the anomalous Hall effect and enhanced carrier mobility in the spin-gapless ferromagnetic Mn2CoGa1-xAlx alloys
本文通过制备Mn2CoGa1-xAlx系列合金，发现Mn2CoGa中反常霍尔效应消失并伴随高载流子迁移率，为自旋注入器件提供了更优的自旋无带隙半导体候选材料。
2023-11-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetic properties of low-moment ferrimagnetic Heusler Cr2CoGa thin films grown by molecular beam epitaxy
近年来，理论家们预测了许多具有低磁矩和大自旋极化率的自旋电子学应用材料。这些化合物被预测形成的逆Heusler结构，然而，这些化合物中的许多已被发现相分离。在这项研究中，有序的Cr2CoGa薄膜合成无相分离，使用分子束外延。本生长的薄膜表现出低的磁矩从反铁磁耦合的Cr和Co原子与SQUID磁强计和软X射线磁性圆二色性测量。电测量表明，热激活的电阻率与活化能为87毫电子伏。这些结果证实了自旋无隙半导体行为，这使得这些薄膜很好地定位为未来的设备。
2016-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Unusual kinetic properties of usual Heusler alloys
该评论考虑了各种各样的Heusler化合物，它们可以具有半导体，半金属铁磁体，自旋无隙半导体，拓扑半金属和非共线反铁磁体的性质。在这些Heusler化合物中，从晶体结构的角度来看是“常规的”，可以观察到不寻常的动力学和磁性，这是由其电子结构的特征引起的（例如，对于一个自旋投影存在能隙）和磁状态（例如，强铁磁性、补偿亚铁磁性等）。它们的磁性和动力学特性对外部影响非常敏感。根据合金成分和外部参数，可以实现所考虑的状态之间的转换。这为控制此类化合物的电磁特性及其实际应用开辟了进一步的前景。
2022-08-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Two-Dimensional Group-IV Chalcogenide Si2Te2 film: A New Quantum Spin Hall Insulator with Sizable Band Gap
量子自旋霍尔（QSH）效应由于在绝缘体带隙中具有强的无带隙态而有望实现无耗散的输运器件。在这里，通过使用第一性原理计算，我们发现IV族硫属化物Si 2 Te 2薄膜是一个二维QSH绝缘体的基本带隙为0.29 eV，这是可调的外部应变。这种非平凡的拓扑相位源于Si-px，y和Te-px，y轨道之间的能带反转，由位于体隙中的狄拉克点的单对拓扑保护的螺旋边缘态证明。值得注意的是，边缘状态的特性，如费米速度和边缘形状，可以通过边缘修改来调整。此外，h-BN半导体是实验实现2D Si 2 Te 2薄膜的理想衬底，而不会破坏其非平凡的拓扑结构。我们的工作为基于二维硅基薄膜的拓扑自旋电子学器件的设计开辟了一条新的途径。
2016-07-11 cond-mat.mtrl-sci
