氧化鋅基稀磁半導(dǎo)體的第一性原理研究.pdf

1、稀磁半導(dǎo)體具有獨特的自旋電子學(xué)特性和潛在的實際應(yīng)用價值，受到了科技工作者的廣泛關(guān)注。理論計算表明ZnO在室溫下可能實現(xiàn)鐵磁性，而且ZnO是典型的直接寬帶隙半導(dǎo)體材料，具有高的激子束縛能，能夠?qū)崿F(xiàn)室溫高紫外發(fā)光；原料豐富、價廉、環(huán)境友好。因此，ZnO基稀磁半導(dǎo)體成為了人們關(guān)注的焦點。
　　 基于密度泛函的第一性原理，我們計算并分析了本征缺陷和各種雜質(zhì)對ZnO基稀磁半導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)和磁性的影響，探討了其磁性的來源和居里溫度的調(diào)控方法

2、，重點研究了不同單摻雜和共摻雜對于ZnO基稀磁半導(dǎo)體磁性的影響和作用機理，主要研究結(jié)論有：
　　 通過對ZnO母體中本征缺陷的研究，發(fā)現(xiàn)O空位不能引起鐵磁性，而Zn空位卻能導(dǎo)致ZnO母體呈現(xiàn)鐵磁性，且體系總磁矩主要來自于Zn空位附近自旋極化的氧原子，氧原子間的鐵磁交換相互作用是通過自旋極化的Zn3 d態(tài)進行調(diào)制的。我們還發(fā)現(xiàn)，在體系中用一個Li原子取代一個Zn原子能產(chǎn)生空穴和降低Zn空位的形成能，進而穩(wěn)定了包含Zn空位的體系，產(chǎn)

3、生了一個較大的總磁矩。
　　 通過對N摻雜和Li、N共摻雜，以及Zn空位、N共摻雜ZnO體系的電子結(jié)構(gòu)和磁性的研究，發(fā)現(xiàn)N摻雜ZnO體系傾向于鐵磁基態(tài)，每個超胞具有0.95μB的總磁矩，體系總磁矩主要來自于N和O原子未配對的2p電子；通過Li或者Zn空位與N共摻雜，體系的鐵磁穩(wěn)定性顯著增強。
　　 通過研究Cu摻雜ZnO的電子結(jié)構(gòu)和磁性，以及C和N共摻雜對Cu摻雜ZnO體系電子結(jié)構(gòu)和磁性的影響，發(fā)現(xiàn)Cu取代Zn使體系傾向

4、于鐵磁穩(wěn)定，每個超胞具有1μB的總磁矩，并且該缺陷體系表現(xiàn)出半金屬稀磁半導(dǎo)體特性，其中局域在Cu原子上的磁矩約為0.58μB，其余主要來自于自旋極化的氧原子。此外，還發(fā)現(xiàn)隨著兩個Cu原子隔離距離的增加，體系鐵磁穩(wěn)定性降低。通過用一個N原子取代一個O原子，體系的鐵磁穩(wěn)定性略有增強；然而，用一個C原子取代一個O原子，體系的鐵磁穩(wěn)定性卻被削弱了。
　　 通過研究Cr摻雜和Cr、Al共摻雜ZnO體系的電子結(jié)構(gòu)和磁性，發(fā)現(xiàn)Cr摻雜ZnO體