Using state-of-the-art first-principles calculations, we study the properties of the ferromagnetic Heusler compounds NiYSi, where Y stands for V, Cr, or Mn. NiCrSi and NiMnSi contrary to NiVSi are half-metallic at their equilibrium lattice constant exhibiting integer values of the total spin magnetic moment, and thus we concentrate on these two alloys. The minority-spin gap has the same characteristics as for the well-known NiMnSb alloy being around 1eV. Upon tetragonalization, the gap is present in the density of states even for expansion or contraction of the out-of-plane lattice parameter by 5%. The Cr–Cr and Mn–Mn interactions make ferromagnetism extremely stable and the Curie temperature exceeds 1000 K for NiMnSi. Surface and interfaces with GaP, ZnS, and Si semiconductors are not half-metallic but, in the case of NiCrSi, the Ni-based contacts present spin polarization at the Fermi level around 90%. Finally, we show that there are two cases of defects and atomic-swaps. The first ones, which involve the Cr(Mn) and Si atoms, induce states at the edges of the gap, which persists for a moderate concentration of defects. Defects involving Ni atoms induce states localized within the gap completely destroying the half-metallicity. Based on single-impurity calculations, we associate these states to the symmetry of the crystal.

1.
I.
Žutić
,
J.
Fabian
, and
S.
Das Sarma
,
Rev. Mod. Phys.
76
,
323
(
2004
).
2.
C.
Felser
,
G. H.
Fecher
, and
B.
Balke
,
Angew. Chem., Int. Ed.
46
,
668
(
2007
).
4.
Half-Metallic Alloys: Fundamentals and Applications
, edited by
I.
Galanakis
and
P. H.
Dederichs
,
Lecture Notes in Physics
Vol.
676
(
Springer
,
Berlin
,
2005
).
5.
I.
Galanakis
,
Ph.
Mavropoulos
, and
P. H.
Dederichs
,
J. Phys. D
39
,
765
(
2006
).
6.
I.
Galanakis
and
Ph.
Mavropoulos
,
J. Phys.: Condens. Matter
19
,
315213
(
2007
).
7.
S. A.
Wolf
,
D. D.
Awschalom
,
R. A.
Buhrman
,
J. M.
Daughton
,
S.
von Molnár
,
M. L.
Roukes
,
A. Y.
Chtchelkanova
, and
D. M.
Treger
,
Science
294
,
1488
(
2001
).
8.
R. A.
de Groot
,
F. M.
Mueller
,
P. G.
van Engen
, and
K. H. J.
Buschow
,
Phys. Rev. Lett.
50
,
2024
(
1983
).
9.
I.
Galanakis
,
P. H.
Dederichs
, and
N.
Papanikolaou
,
Phys. Rev. B
66
,
134428
(
2002
).
10.
D.
Jung
,
H. -J.
Koo
, and
M. -H.
Whangbo
,
J. Mol. Struct.: THEOCHEM
527
,
113
(
2000
).
11.
B. R. K.
Nanda
and
S.
Dasgupta
,
J. Phys.: Condens. Matter
15
,
7307
(
2003
).
12.
B. R. K.
Nanda
and
S.
Dasgupta
,
Comput. Mater. Sci.
36
,
96
(
2006
).
13.
L.
Offernes
,
P.
Ravindran
, and
A.
Kjekshus
,
J. Alloys Compd.
439
,
37
(
2007
).
14.
J.
Kohler
,
S. Q.
Deng
,
C.
Lee
, and
M. H.
Whangbo
,
Inorg. Chem.
46
,
1957
(
2007
).
15.
E.
Kulatov
and
I. I.
Mazin
,
J. Phys.: Condens. Matter
2
,
343
(
1990
).
16.
S. V.
Halilov
and
E. T.
Kulatov
,
J. Phys.: Condens. Matter
3
,
6363
(
1991
).
17.
S. J.
Youn
and
B. I.
Min
,
Phys. Rev. B
51
,
10436
(
1995
).
18.
M.
Ležaic
,
I.
Galanakis
,
G.
Bihlmayer
, and
S.
Blügel
,
J. Phys.: Condens. Matter
17
,
3121
(
2005
).
19.
I.
Galanakis
,
J. Phys.: Condens. Matter
14
,
6329
(
2002
).
20.
I.
Galanakis
,
J. Magn. Magn. Mater.
288
,
411
(
2005
).
21.
S. J.
Jenkins
,
Phys. Rev. B
70
,
245401
(
2004
);
S. J.
Jenkins
and
D. A.
King
,
Surf. Sci.
494
,
L793
(
2001
).
22.
G. A.
Wijs
and
R. A.
de Groot
,
Phys. Rev. B
64
,
020402
(
2001
).
23.
I.
Galanakis
,
M.
Ležaić
,
G.
Bihlmayer
, and
S.
Blügel
,
Phys. Rev. B
71
,
214431
(
2005
).
24.
A.
Debernardi
,
M.
Peressi
, and
A.
Baldereschi
,
Mater. Sci. Eng., C
23
,
743
(
2003
);
A.
Debernardi
,
M.
Peressi
, and
A.
Baldereschi
,
Comput. Mater. Sci.
33
,
263
(
2005
).
25.
M.
Ležaić
,
Ph.
Mavropoulos
,
G.
Bihlmayer
, and
S.
Blügel
,
J. Phys. D
39
,
797
(
2006
).
26.
S. J.
Hashemifar
,
P.
Kratzer
, and
M.
Scheffler
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
096402
(
2005
).
27.
E.
Şaşıoğlu
,
L. M.
Sandratskii
,
P.
Bruno
, and
I.
Galanakis
,
Phys. Rev. B
72
,
184415
(
2005
).
28.
E.
Şaşıoğlu
,
L. M.
Sandratskii
, and
P.
Bruno
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
222508
(
2006
).
29.
E.
Şaşıoğlu
,
L. M.
Sandratskii
, and
P.
Bruno
,
Phys. Rev. B
77
,
064417
(
2008
).
30.
L.
Chioncel
,
M. I.
Katsnelson
,
R. A.
de Groot
, and
A. I.
Lichtenstein
,
Phys. Rev. B
68
,
144425
(
2003
).
31.
L.
Chioncel
,
E.
Arrigoni
,
M. I.
Katsnelson
, and
A. I.
Lichtenstein
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
137203
(
2006
).
32.
D.
Orgassa
,
H.
Fujiwara
,
T. C.
Schulthess
, and
W. H.
Butler
,
Phys. Rev. B
60
,
13237
(
1999
).
33.
B.
Alling
,
S.
Shallcross
, and
I. A.
Abrikosov
,
Phys. Rev. B
73
,
064418
(
2006
).
34.
J. J.
Attema
,
C. M.
Fang
,
L.
Chioncel
,
G. A.
de Wijs
,
A. I.
Lichtenstein
, and
R. A.
de Groot
,
J. Phys.: Condens. Matter
16
,
S5517
(
2004
).
35.
P.
Larson
,
S. D.
Mahanti
, and
M. G.
Kanatzidis
,
Phys. Rev. B
62
,
12754
(
2000
).
36.
T.
Block
,
M. J.
Carey
,
B. A.
Gurney
, and
O.
Jepsen
,
Phys. Rev. B
70
,
205114
(
2004
).
37.
Ph.
Mavropoulos
,
K.
Sato
,
R.
Zeller
,
P. H.
Dederichs
,
V.
Popescu
, and
H.
Ebert
,
Phys. Rev. B
69
,
054424
(
2004
).
38.
L. M.
Sandratskii
,
R.
Singer
, and
E.
Şaşıoğlu
,
Phys. Rev. B
76
,
184406
(
2007
).
39.
A.
Yamasaki
,
L.
Chioncel
,
A. I.
Lichtenstein
, and
O. K.
Andersen
,
Phys. Rev. B
74
,
024419
(
2006
).
40.
I.
Galanakis
,
Phys. Rev. B
71
,
012413
(
2005
).
41.
M.
Pugaczowa-Michalska
,
Solid State Commun.
140
,
251
(
2006
).
42.
J. J.
Attema
,
G. A.
Wijs
, and
R. A.
de Groot
,
J. Phys.: Condens. Matter
19
,
315212
(
2007
).
43.
V. N.
Antonov
,
P. M.
Oppeneer
,
A. N.
Yaresko
,
A. Ya.
Perlov
, and
T.
Kraft
,
Phys. Rev. B
56
,
13012
(
1997
).
44.
I.
Galanakis
,
S.
Ostanin
,
M.
Alouani
,
H.
Dreyssé
, and
J. M.
Wills
,
Phys. Rev. B
61
,
4093
(
2000
).
45.
S.
Chadov
,
J.
Minar
,
H.
Ebert
,
A.
Perlov
,
L.
Chioncel
,
M. I.
Katsnelson
, and
A. I.
Lichtenstein
,
Phys. Rev. B
74
,
140411
(R) (
2006
).
46.
M. N.
Kirillova
,
A. A.
Makhnev
,
E. I.
Shreder
,
V. P.
Dyakina
, and
N. B.
Gorina
,
Phys. Status Solidi B
187
,
231
(
1995
).
47.
K. E. H. M.
Hanssen
and
P. E.
Mijnarends
,
Phys. Rev. B
34
,
5009
(
1986
).
48.
K. E. H. M.
Hanssen
,
P. E.
Mijnarends
,
L. P. L. M.
Rabou
, and
K. H. J.
Buschow
,
Phys. Rev. B
42
,
1533
(
1990
).
49.
W.
van Roy
,
J.
de Boeck
,
B.
Brijs
, and
G.
Borghs
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
4190
(
2000
).
50.
J. -P.
Schlomka
,
M.
Tolan
, and
W.
Press
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
2005
(
2000
).
51.
W.
van Roy
,
M.
Wojcik
,
E.
Jedryka
,
S.
Nadolski
,
D.
Jalabert
,
B.
Brijs
,
G.
Borghs
, and
J.
De Boeck
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
4214
(
2003
).
52.
J.
Giapintzakis
,
C.
Grigorescu
,
A.
Klini
,
A.
Manousaki
,
V.
Zorba
,
J.
Androulakis
,
Z.
Viskadourakis
, and
C.
Fotakis
,
Appl. Phys. Lett.
80
,
2716
(
2002
).
53.
S.
Gardelis
,
J.
Androulaki
,
P.
Migiakis
,
J.
Giapintzakis
,
S. K.
Clowes
,
Y.
Bugoslavsky
,
W. R.
Branford
,
Y.
Miyoshi
, and
L. F.
Cohen
,
J. Appl. Phys.
95
,
8063
(
2004
).
54.
S.
Gardelis
,
J.
Androulakis
,
J.
Giapintzakis
,
O.
Monnereau
, and
P. D.
Buckle
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
3178
(
2004
).
55.
R. J.
Soulen
,Jr.
,
J. M.
Byers
,
M. S.
Osofsky
,
B.
Nadgorny
,
T.
Ambrose
,
S. F.
Cheng
,
P. R.
Broussard
,
C. T.
Tanaka
,
J.
Nowak
,
J. S.
Moodera
,
A.
Barry
, and
J. M.D.
Coey
,
Science
282
,
85
(
1998
);
J. -H.
Park
,
E.
Vescovo
,
H. -J.
Kim
,
C.
Kwon
,
R.
Ramesh
, and
T.
Venkatesan
,
Nature (London)
392
,
794
(
1998
).
56.
F. B.
Mancoff
,
B. M.
Clemens
,
E. J.
Singley
, and
D. N.
Basov
,
Phys. Rev. B
60
,
R12565
(
1999
).
57.
W.
Zhu
,
B.
Sinkovic
,
E.
Vescovo
,
C.
Tanaka
, and
J. S.
Moodera
,
Phys. Rev. B
64
,
060403
(
2001
).
58.
C. N.
Borca
,
D.
Ristoiu
,
H. -K.
Jeong
,
T.
Komesu
,
A. N.
Caruso
,
J.
Pierre
,
L.
Ranno
,
J. P.
Nozières
, and
P. A.
Dowben
,
J. Phys.: Condens. Matter
19
,
315211
(
2007
).
59.
D.
Ristoiu
,
J. P.
Nozières
,
C. N.
Borca
,
T.
Komesu
,
H. -K.
Jeong
, and
P. A.
Dowben
,
Europhys. Lett.
49
,
624
(
2000
).
60.
D.
Ristoiu
,
J. P.
Nozières
,
C. N.
Borca
,
B.
Borca
, and
P. A.
Dowben
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
2349
(
2000
).
61.
T.
Komesu
,
C. N.
Borca
,
H. -K.
Jeong
,
P. A.
Dowben
,
D.
Ristoiu
,
J. P.
Nozières
,
Sh.
Stadler
, and
Y. U.
Idzerda
,
Phys. Lett. A
273
,
245
(
2000
).
62.
C.
Hordequin
,
D.
Ristoiu
,
L.
Ranno
, and
J.
Pierre
,
Eur. Phys. J. B
16
,
287
(
2000
).
63.
C. N.
Borca
,
T.
Komesu
,
H. -K.
Jeong
,
P. A.
Dowben
,
D.
Ristoiu
,
Ch.
Hordequin
,
J. P.
Nozières
,
J.
Pierre
,
Sh.
Stadler
, and
Y. U.
Idzerda
,
Phys. Rev. B
64
,
052409
(
2001
).
64.
L.
Nowicki
,
A.
Turos
,
A.
Stonert
,
F.
Garrido
,
L. W.
Molenkamp
,
P.
Bach
,
G.
Schmidt
,
G.
Karczewski
, and
A.
Mücklich
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B
240
,
356
(
2005
).
65.
B.
Botters
,
F.
Giesen
,
J.
Podbielski
,
P.
Bach
,
G.
Schmidt
,
L. W.
Molenkamp
, and
D.
Grundler
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
242505
(
2006
).
66.
M.
Zhang
,
X.
Dai
,
H.
Hu
,
G.
Liu
,
Y.
Cui
,
Z.
Liu
,
J.
Chen
,
J.
Wang
, and
G.
Wu
,
J. Phys.: Condens. Matter
15
,
7891
(
2003
).
67.
M.
Zhang
,
Z.
Liu
,
H.
Hu
,
G.
Liu
,
Y.
Cui
,
G.
Wu
,
E.
Brück
,
F. R.
de Boer
, and
Y.
Li
,
J. Appl. Phys.
95
,
7219
(
2004
).
68.
E.
Şaşıoglu
,
L. M.
Sandratskii
, and
P.
Bruno
,
J. Appl. Phys.
98
,
063523
(
2005
).
69.
H.
Luo
,
Z.
Zhu
,
G.
Liu
,
S.
Xu
,
G.
Wu
,
H.
Liu
,
J.
Qu
, and
Y.
Li
,
Physica B (Amsterdam)
403
,
200
(
2008
).
70.
H.
Katayama-Yoshida
,
T.
Fukushima
,
V. A.
Dinh
, and
K.
Sato
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
46
,
L777
(
2007
).
71.
P. J.
Webster
and
K. R. A.
Ziebeck
, in
Alloys and Compounds of d-Elements with Main Group Elements. Part 2
,
Landolt-Börnstein, New Series, Group III
, Vol.
19
, Pt. C, edited by
H. R. J.
Wijn
(
Springer-Verlag
,
Berlin
,
1988
).
72.
V. A.
Dinh
,
K.
Sato
, and
H.
Katayama-Yoshida
,
J. Phys. Soc. Jpn.
77
,
014705
(
2008
).
73.
V. A.
Dinh
,
K.
Sato
, and
H.
Katayama-Yoshida
, e-print arXiv:0801.2222.
74.
K.
Koepernik
,
B.
Velicky
,
R.
Hayn
, and
H.
Eschrig
,
Phys. Rev. B
58
,
6944
(
1998
).
75.
K.
Koepernik
and
H.
Eschrig
,
Phys. Rev. B
59
,
1743
(
1999
).
76.
N.
Papanikolaou
,
R.
Zeller
, and
P. H.
Dederichs
,
J. Phys.: Condens. Matter
14
,
2799
(
2002
).
77.
R.
Zeller
,
J. Phys.: Condens. Matter
20
,
035220
(
2008
).
78.
T.
Korhonen
,
A.
Settels
,
N.
Papanikolaou
,
R.
Zeller
, and
P. H.
Dederichs
,
Phys. Rev. B
62
,
452
(
2000
).
79.
N.
Papanikolaou
,
B.
Nonas
,
S.
Heinze
,
R.
Zeller
, and
P. H.
Dederichs
,
Phys. Rev. B
62
,
11118
(
2000
).
80.
S. H.
Vosko
,
L.
Wilk
, and
N.
Nusair
,
Can. J. Phys.
58
,
1200
(
1980
).
81.
P.
Hohenberg
and
W.
Kohn
,
Phys. Rev.
136
,
B864
(
1964
).
82.
W.
Kohn
and
L. J.
Sham
,
Phys. Rev.
140
,
A1133
(
1965
).
83.
I.
Galanakis
,
P. H.
Dederichs
, and
N.
Papanikolaou
,
Phys. Rev. B
66
,
174429
(
2002
).
84.
K.
Özdoğan
,
I.
Galanakis
,
E.
Şaşıoğlu
, and
B.
Aktaş
,
Phys. Status Solidi (RRL)
1
,
95
(
2007
).
85.
K.
Özdoğan
,
I.
Galanakis
,
E.
Şaşıoğlu
, and
B.
Aktaş
,
Solid State Commun.
142
,
492
(
2007
).
86.
V.
Johnson
and
C. G.
Frederick
,
Phys. Status Solidi A
20
,
331
(
1973
);
W.
Bažella
,
A.
Szytulla
,
J.
Todorovic
, and
A.
Zieba
,
Phys. Status Solidi A
64
,
367
(
1981
).
You do not currently have access to this content.