MgO势垒单晶磁性隧道结的第一性原理计算研究的中期报告1.研究背景近年来，基于势垒磁隧道结（MTJs）的磁性存储技术受到广泛关注。MTJs由两个磁性电极和一个非磁性隧道层组成，其中磁性电极可以是铁、钴、镍等金属，非磁性隧道层常用的是氧化物。氧化物隧道层有很多种材料可选择，但是MgO势垒隧道层具有优越的电学和磁学性质，广泛应用于MTJs中。因此，对MgO势垒单晶磁性隧道结的第一性原理计算研究具有重要意义。2.研究目的本研究旨在通过第一性原理计算方法，深入探究MgO势垒单晶磁性隧道结的电学和磁学性质，包括其磁矩、磁各向异性、隧道磁电阻等方面，为进一步改进和优化MTJs的设计提供理论依据。3.研究方法本研究采用密度泛函理论（DFT）和射线近似的计算方法，使用VASP软件包对MgO势垒单晶磁性隧道结的基态结构、电学和磁学性质进行计算分析。在计算过程中，使用PW91交换-相关泛函和投影缀加平面波（PAW）方法。对于电子相互作用的描述，采用了GGA（广义梯度逼近）方法。对于磁各向异性的研究，本研究还采用了自洽的旋转能量方法和Berry相位分析。4.研究进展目前，我们已经完成了MgO势垒单晶磁性隧道结的结构优化和基态电学性质的计算，包括自旋极化、电荷密度、电子局域状态等方面的分析。同时，我们还研究了MgO势垒单晶磁性隧道结的磁各向异性，发现其具有显著的轴向磁各向异性。5.研究展望下一步，我们将继续深入研究MgO势垒单晶磁性隧道结的磁学性质，包括磁矩大小、磁各向异性的来源以及隧道磁电阻的计算分析。我们还将通过与实验数据的比较，验证本研究的计算结果的正确性和可行性，为MTJs的设计和制备提供更加精确、有效的理论指导。