Covalent bonding and the nature of band gaps in some half-Heusler compounds

等结构 电负性 带隙 结晶学 价电子 凝聚态物理 共价键 离子键合 价(化学) 电子能带结构 公式单位 主组元素 费米能级 磁矩 材料科学 物理 电子 离子 化学 晶体结构 量子力学 过渡金属 催化作用 生物化学
作者
H.C. Kandpal,Claudia Felser,Ram Seshadri
出处
期刊:Journal of Physics D [Institute of Physics]
卷期号:39 (5): 776-785 被引量:81
标识
DOI:10.1088/0022-3727/39/5/s02
摘要

Half-Heusler compounds \textit{XYZ}, also called semi-Heusler compounds, crystallize in the MgAgAs structure, in the space group $F\bar43m$. We report a systematic examination of band gaps and the nature (covalent or ionic) of bonding in semiconducting 8- and 18- electron half-Heusler compounds through first-principles density functional calculations. We find the most appropriate description of these compounds from the viewpoint of electronic structures is one of a \textit{YZ} zinc blende lattice stuffed by the \textit{X} ion. Simple valence rules are obeyed for bonding in the 8-electron compound. For example, LiMgN can be written Li$^+$ + (MgN)$^-$, and (MgN)$^-$, which is isoelectronic with (SiSi), forms a zinc blende lattice. The 18-electron compounds can similarly be considered as obeying valence rules. A semiconductor such as TiCoSb can be written Ti$^{4+}$ + (CoSb)$^{4-}$; the latter unit is isoelectronic and isostructural with zinc-blende GaSb. For both the 8- and 18-electron compounds, when \textit{X} is fixed as some electropositive cation, the computed band gap varies approximately as the difference in Pauling electronegativities of \textit{Y} and \textit{Z}. What is particularly exciting is that this simple idea of a covalently bonded \textit{YZ} lattice can also be extended to the very important \textit{magnetic} half-Heusler phases; we describe these as valence compounds \textit{ie.} possessing a band gap at the Fermi energy albeit only in one spin direction. The \textit{local} moment in these magnetic compounds resides on the \textit{X} site.
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