半金属磁性材料在费米面附近,自旋为某一方向(设定为自旋向上)的电子表现为导体,但是对于自旋为另一方向(设定为自旋向下)的电子表现为半导体或绝缘体。与常见的铁磁材料不同,半金属磁性材料的传导电子极化率为100%。
半金属磁性材料有多种分类方法。根据材料结构的不同可分为:①尖晶石结构型半金属磁性材料,如Fe3O4、CuV2S4;②钙钛矿结构型半金属磁性材料,如La2/3Sr1/3MnO3、La0.7Sr0.3MnO3;③金红石结构型半金属磁性材料,如CrO2、CoS2;④半哈斯勒和哈斯勒结构半金属磁性材料,如NiMnSb、PtMnSb和Mn2VAl。
根据材料磁性的不同可分为:①铁磁性半金属材料,如CrO2;②亚铁磁性半金属材料,如Fe3O4;③反铁磁性半金属材料,如V7MnFe8Sb7In和LaVMnO6。根据半金属性的来源,又可分为:①共价键带隙半金属材料,如NiMnSb、GaAs和CrO2;②电荷传输能带带隙半金属材料,如庞磁阻材料和双钙钛矿结构材料;③d-d相互作用能带带隙半金属材料,如Fe3O4、FexCo1-xS2和Mn2VAl。
根据半金属的电子态密度特征、电导特性和传导电子的局域特性,可分为:①Ⅰ类半金属,费米面附近存在单向自旋的电子且具有金属导电的性质和半金属的能带特征的半金属材料,典型代表有NiMnSb、Mn2VAl等;②Ⅱ类半金属,具有半金属的能带结构和非金属的电子传输特性,费米面附近只存在一种自旋取向的电子且处于局域态的半金属材料,典型代表有Fe3O4等;③Ⅲ类半金属,传输电子具有半金属性且具有100%的电子自旋极化率,而费米面附近的电子态并不具有半金属性的半金属材料,典型代表有La0.7Sr0.3MnO3等。
半金属磁性材料的研究主要集中在实验探索以及能带结构的理论计算,还没有进入产品开发和应用阶段。未来的研究重点是高居里温度、受温度影响较小、符合实际需要的半金属磁性材料。