Моделирование неравновесных наноструктур спинтронных материалов GaAs:Mn с помощью модуля «Молекулярная наномеханика»

Цель лабораторной работы

Целью работы является расчет энергии релаксации решетки GaAs, допированной Mn с сохранением алмазоподобной структуры и с использованием структуры MnAs.

Порядок выполнения работы

Допирование GaAs марганцем можно провести путем замены сначала атомов галлия атомами марганца с сохранением алмазоподобной структуры, а затем с использованием фрагментов структуры MnAs. Рассчитать энергию релаксации структур.

Все предварительные построения проведены. Созданы три файла GaAs.hin, GaAs1.hin и MnAs.hin

Построение допированных систем

1. Для более удобного построения допированных систем необходимо открыть файл GaAs.hin с помощью текстового редактора MS Word. Воспользуйтесь командой Открыть с помощью… контекстного меню Проводника Windows.

2. Для построения системы с алмазоподобной структурой необходимо заменить атомы Ga под номерами 105, 106, 107, 108, 177, 178, 179, 180, 209, 210, 211, 212, 217, 218, 219, 220, 265, 266, 267, 268 заменить на атомы Mn.

3. Сохранить файл (в ответ на запрос о сохранении файла с измененной структурой нужно нажать Да).

4. Для построения систем допированных марганцем, у которых сохранена структура MnAs, необходимо тем же способом открыть файлы GaAs1.hin и MnAs.hin.

5. В файле MnAs.hin необходимо скопировать строки:
   mol 177 – endmol 184
   и заменить этими строками соответствующие строки в файле GaAs1.hin.

   Это же необходимо сделать так же со строками:

   • mol 209 - endmol 216
   • mol 105 - endmol 112
   • mol 217 - endmol 224
   • mol 265 - endmol 272

   и сохранить полученную структуру.

Релаксация

Для проведения релаксации структуры необходимо в программе Winbond рассчитать равновесные параметры связей соответствующих атомных пар.

1. Запустите программу NanoEvolver (Prototypical edition). При помощи команды Load structure… меню File загрузите структуру GaAs.hin.

2. Вызовите окно Graph одноименной командой меню View. В поля Exact value и Maximum введите значение 5.5, установите фокус ввода на поле Exact value и нажмите клавишу Enter для задания радиуса обрезки.

   

3. Зафиксируйте граф, вызвав команду Lock graph… из меню Edit.

4. Задайте параметры релаксационной процедуры в окне Settings (Edit → Set parameters):

   • Шаг Step = 0.1
   • Количество итераций Step count = 1000
   • В таблице Potential parameters в полях, не помеченных значком ✘, пропишите параметры, полученные в программе Winbond.

   

5. Выполните процедуру оптимизации (Edit → Evolve).

6. Когда оптимизация будет завершена, сохраните отчет для полученной структуры (File → Save report as…).

7. Проведите аналогичную процедуру релаксации для структуры, сохраненной в файле GaAs1.hin. При создании связевого графа в этой структуре задайте одинаковые радиузы обрезки, равные 5.5 a₀, для пар Mn—As, Ga—Mn, Mn—As.

Задание для самостоятельного выполнения

Проведите аналогичную релаксацию нанослоев GaAs, но Mn замените атомами Co (для решения задачи необходимо воспользоваться файлом CoAs.hin).