Mn掺杂ZnS(110)表面的电子结构和磁性

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究Mn掺杂ZnS(110)表面的电子结构和磁性.计算分析不同掺杂组态的几何参数、形成能、磁矩、电子态密度以及电荷密度.结果表明:单个Mn原子掺杂,替位于表面第二层的Zn原子时体系形成能最低,说明该层是最稳定的掺杂位置.对于两个Mn原子的掺杂,当Mn与Mn之间呈反铁磁耦合时体系最稳定.体系的总磁矩和自由Mn原子的磁矩差别很小,但是Mn原子的局域磁矩却依赖于Mn原子的3d态和近邻S原子的3p态的杂化作用,即受周围S原子环境的变化影响较大.此外,分析电荷密度图得出Mn原子替换Zn原子后与S原子形成了更强的共价键.     

Zn1-xMnxS(001)稀磁半导体薄膜的能量稳定性、磁性和电子结构

通过基于广义梯度近似的总能密度泛函理论研究不同Mn掺杂浓度的ZnS(001)薄膜的电学和磁学特性. 计算单个Mn原子和两个Mn原子处于各种掺杂位置及不同的磁耦合状态时的能量稳定性.计算了单个Mn原子掺杂和两个Mn原子掺杂的ZnS(001)薄膜的态密度. 不同掺杂组态的p-d杂化的程度不同. 不同掺杂组态,Mn原子所处的晶场环境不同,所以不同掺杂组态的Mn的3d分波态密度峰的劈裂有很大的不同. 掺杂两个Mn原子时,得到三种稳定组态的基态都是反铁磁态. 分析了以上三种能量稳定的组态中,两个Mn原子在不同磁耦合状态下的3d态密度图. 当两原子为铁磁耦合时,由于d-d电子相互作用,使反键态的态密度峰明显加宽. 随着Mn掺杂浓度的增加,Mn原子有相互靠近,并围绕S原子形成団簇的趋势. 对于这样的组态,Mn原子之间为反铁磁耦合能量更低.     

F原子吸附TiO_2:Mn(001)稀磁半导体薄膜电子结构和磁性的第一性原理计算

利用第一性原理方法计算Mn离子掺杂纯净TiO2(001)和F原子吸附的TiO2(001)薄膜的形成能、态密度和磁矩.F原子吸附明显降低TiO2∶Mn薄膜体系的形成能.F原子的吸附导致Mn离子的磁矩减小,而表面O原子的磁矩增大.表面O原子的磁矩主要来源于O原子p x和p y轨道的自旋极化,研究表明表面吸附F原子更有利于Mn离子的掺杂,在一定程度上有利于获得结构稳定的铁磁态半金属特性的TiO2∶Mn薄膜.     

钒掺杂硫化锌团簇稳定性和磁性质研究

本文采用密度泛函理论研究了V原子单掺杂和双掺杂(ZnS)12团簇的几何结构和能量稳定性.我们考虑了三种掺杂方式:替代掺杂,外掺杂和内掺杂.单掺杂时,替代掺杂团簇是最稳定结构,而对于双掺杂,外掺杂团簇是最稳定结构.团簇磁矩主要来自V-3d态的贡献,4s和4p态也贡献了一小部分磁矩.由于轨道杂化,相邻的Zn和S原子上也产生少量自旋.结果显示V原子间的磁性耦合是短程相互作用.相邻V原子之间的磁性耦合由直接的V-V反铁磁耦合和两个V和S原子之间通过p-d杂化产生的铁磁耦合这两中相互作用的竞争来决定.     

钒掺杂硫化锌团簇稳定性和磁性质研究

本文采用密度泛函理论研究了V原子单掺杂和双掺杂(ZnS)12团簇的几何结构和能量稳定性。我们考虑了三种掺杂方式：替代掺杂,外掺杂和内掺杂。单掺杂时,替代掺杂团簇是最稳定结构,而对于双掺杂,外掺杂团簇是最稳定结构。团簇磁矩主要来自V-3d态的贡献,4s和4p态也贡献了一小部分磁矩。由于轨道杂化,相邻的Zn和S原子上也产生少量自旋。结果显示V原子间的磁性耦合是短程相互作用。相邻V原子之间的磁性耦合由直接的V-V反铁磁耦合和两个V和S原子之间通过p-d杂化产生的铁磁耦合这两中相互作用的竞争来决定。     

第一原理研究Mn掺杂LiNbO3晶体的磁性和光吸收性质

采用基于密度泛函理论和局域密度近似的第一性原理分析了Mn掺杂LiNbO₃晶体的结构, 磁性, 电子特性和光吸收特性. 文中计算了Mn占据Li位和Nb位体系的形成焓, 对应的形成焓分别为-8.340 eV/atom和-8.0062 eV/atom, 也就意味着Mn 原子优先占据Li位. 这也就意味着Mn原子占据Li位的掺杂LiNbO₃晶体结构更稳定. 磁性分析的结果显示, 其对应磁矩也比占据Nb位的高. 进一步分析磁性的来源, 自旋态密度结果显示: Mn掺杂LiNbO₃晶体的磁性主要源于掺杂原子Mn, Mn原子携带的磁矩高达 4.3 μ_B, 显示出高自旋结构. 由于Mn-3d与近邻O-2p及次近邻Nb-4d 轨道的杂化作用, 计算表明: 诱导近邻O原子及次近邻Nb原子产生的磁矩对总磁矩的贡献较小. 通过光学吸收谱的分析, 得出在可见光区Li位被Mn原子替代以后显示出更好的光吸收响应相比于Nb位. 本文还分析了O空位对于LiNbO₃晶体磁性与电子性质的影响, 结果显示O空位的存在可以增加Mn掺杂LiNbO₃体系的磁性.     

聚铜络合物[Cu(L)μ-1,3-N3]n(ClO4)n的密度泛函计算及磁性研究

基于广义梯度近似密度泛函和全势能线性缀加平面波方法,本文对聚铜络合物[Cu(L)μ-1,3-N3]n(ClO4)n(其中L=tridentate Schiff base为三齿席夫基)的态密度和磁矩进行了计算.磁矩计算结果表明:①该聚铜络合物晶体格子的总磁矩为1.00 μB;②中心铜原子(离子)具有最大的原子磁矩,为0.531 μB;③铜原子和它周围最邻近的氮原子的原子磁矩是该聚铜络合物晶体格子总磁矩的主要来源.通过对中心铜原子及其最邻近氮原子的自旋态密度图进行分析,得出了铜原子和它周围最邻近氮原子的磁性主要分别来源于它们的d轨道和p轨道,同时还发现了中心铜离子的d轨道与叠氮末端氮原子的p轨道之间存在杂化现象, 以及中心铜离子向叠氮末端氮原子的自旋退局域化现象.自旋退局域化效应通过叠氮这一旁道使相邻两中心铜离子发生铁磁性相互作用.     

Mn掺杂(ZnSe)12团簇物性研究

采用密度泛函理论研究Mn原子单掺杂和双掺杂（ZnSe）₁₂团簇的结构、电子性质和磁性质.考虑三种掺杂方式：替代掺杂，外掺杂和内掺杂.比较掺杂团簇的稳定性.结果表明：无论是单掺杂还是双掺杂，替代掺杂团簇是最稳定结构.在结构优化的基础上对掺杂团簇进行磁性计算.团簇磁矩主要来自Mn原子3d态的贡献，4s和4p态贡献了一小部分磁矩.由于轨道杂化，相邻的Zn和Se原子上产生少量自旋.研究发现：内双掺杂团簇是铁磁耦合，在纳米量子器件领域有潜在的应用价值.     

Mn掺杂对半金属铁磁体Fe_2Si电磁特性的影响

此文用基于密度泛函理论第一性原理的贋势平面波方法,计算了Fe_2Si及Mn掺杂Fe_2Si体系的能带结构、电子态密度和磁学特性,分析了不同位置Mn掺杂对Fe_2Si电磁特性的影响,获得了纯的和不同位置Mn掺杂的Fe_2Si体系是铁磁体,自旋向上的能带结构穿过费米面表现金属特性,纯Fe_2Si的半金属隙为0.164e V;Mn掺杂在Fe1位时,自旋向下部分转变为A-M间的间接带隙半导体,体系呈现半金属特性,此时磁矩为2.00μB,是真正的半金属性铁磁体;掺杂在Fe2位时,自旋向下部分的带隙值接近于0,体系呈现金属特性;掺杂在Fe3位时,自旋向下部分转变为L-L间的直接带隙半导体,体系呈现半金属特性等有益结果 .自旋电荷密度分布图表明Mn原子的3d电子比较局域,和周围原子成键时3d电子更倾向于形成共价键.体系的半金属性和磁性主要来源于Fe-3d电子与Mn-3d电子之间的d-d交换,Si-3p电子与Fe、Mn-3d电子之间的p-d杂化.这些结果为半金属铁磁体Fe_2Si的电磁调控提供了有效的理论指导.     

Co掺杂闪锌矿ZnO的磁性和光学性质

采用自旋极化密度泛函理论方法对Co掺杂闪锌矿ZnO的能带结构、态密度、磁学和光学属性进行了研究.计算结果显示:Co掺杂闪锌矿ZnO的基态是反铁磁态,具有金属性特征;而铁磁态具有半金属性特征.铁磁耦合在费米能级附近出现了明显的自旋劈裂现象,表现出明显的不对称性和强烈的Co 3d和O 2p杂化效应.磁矩主要来源于Co 3d轨道电子以及部分近邻耦合的O 2p轨道电子,大小与Co原子的掺杂位置有关.光学性质计算结果显示,Co掺杂闪锌矿ZnO在可见光范围内都有较强的光吸收能力,吸收峰在高能区发生了红移现象.理论计算结果表明,Co掺杂闪锌矿ZnO或许是一种优异的磁光材料.     

Diffusional relaxation in ZnS after thermal doping at 800°C

Photoluminescence spectra of powdered ZnS thermally doped with MnS are studied. Correlations are demonstrated between variations in the luminescence characteristics of ZnS:Mn, on one hand, and some features of radiation center formation and the diffusion of Mn in ZnS after processing, on the other. It is found that after manganese doping at a temperature (T = 800°C) lower than the phase transition temperature of ZnS, relaxation processes owing to diffusion of Mn in ZnS take place in the material over times as long as 6.10³ h. It is shown that 6.10³ h after doping the α-MnS phase is essentially completely dissolved in the volume of the ZnS. Diffusion of Mn in powdered ZnS is found to occur via several channels, rapid diffusion along interior boundaries and slow diffusion via interstitial space, which indicates the existence of different activation energies for diffusion of Mn depending on its localization within the ZnS lattice.     

核/壳结构ZnS : Mn/CdS纳米粒子的制备及发光

利用溶剂热法制备了Mn离子掺杂的ZnS纳米粒子(ZnS : Mn),利用沉淀法对ZnS ∶ Mn纳米粒子进行了不同厚度的CdS无机壳层包覆。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)及光致发光(PL)光谱等手段对样品进行了表征。TEM显示粒子为球形,直径大约在14~18 nm之间。由XRD结果可以看出CdS壳层的形成过程受到了ZnS ∶ Mn核的影响,导致其结晶较差。XRD和XPS测量证明了ZnS : Mn/CdS的核壳结构。随着CdS壳层的增厚,样品的发光强度呈现一直减弱的现象。     

Enhanced oscillator strengths and optical parameters of doped ZnS bulk and nanophosphors

We synthesize and investigate the oscillator-strength (OS), dipole-moment (DM), and integrated cross-section values (ICSVs) of singly (Mn) and doubly (Mn and Co or Ni) doped samples of ZnS bulk and nanophosphors. The oscillator-strength values (OSVs) are found to enhance by three orders of magnitude when Co or Ni dopant is incorporated in ZnS:Mn bulk phosphors, which strongly suggests that a quencher dopant triggered an energy-transfer process in the host ZnS material. Nevertheless, although these quencher dopants were previously considered to kill the luminescence from the host material, we used these dopants in ZnS:Mn to create an additional pathway for the relaxation of the carrier, and to initiate the energy-transfer mechanism. On the other hand, a four orders of magnitude enhancement in the OSVs was observed on incorporating the quencher dopants in ZnS:Mn nanophosphors, which is attributed to the fact that our nanosamples are related to a strong-confinement case while the quencher dopant played a significant role in the variation of OSVs. Moreover, the analysis of OSVs showed that excitonic/defect level emission from ZnS host is due to a weak electric dipole transition (WEDT), while a magnetic dipole transition (MDT) dominates in the case of ZnS:Mn nanophosphors. Based on the present investigations, we clearly obtained an origin of excitonic- and impurity-related emission from the doped ZnS bulk and nanophosphor samples, which were almost vague in the previous studies of other researchers.     

基于Mn掺杂ZnS量子点-BSA纳米复合材料检测头孢曲松钠

以3-巯基丙酸(MPA)为稳定剂,采用水相合成法合成了具有优良光学性质的Mn掺杂ZnS量子点。该量子点在室温条件下即可发射较强的磷光信号。将量子点与牛血清蛋白(BSA)偶联后,形成了纳米复合材料。由于BSA对量子点表面缺陷进行了有效修复,量子点发出的磷光明显增强。当加入头孢曲松钠后,头孢曲松钠与BSA的相互作用使量子点的磷光被有效猝灭,该磷光猝灭量(△P)与头孢曲松钠的浓度在一定范围内呈良好的线性关系(R=0.99)。量子点与BSA偶联的最佳条件为:pH=7.4,反应温度37 ℃,反应时间40 min,BSA浓度80 mg·L^-1,量子点浓度40 mg·L^-1。反应形成新的生物纳米复合材料,作为头孢曲松钠的磷光探针,其线性范围为0~30 μmol·L^-1,相关系数R=0.99,检出限为0.14 μmol·L^-1,相对标准偏差为1.63%。     

Effects of ZnS:Mn/AlN multilayer structure on luminescent properties of nanostructured thin-film EL device

Effects of ZnS:Mn/AlN multilayer structure on luminescent properties of nanostructured (NS) thin-film electroluminescent (TFEL) device of which emission layer is a multilayer composed with ZnS:Mn layers and 0.7-nm-thick AlN interlayers were studied. The bandgap widening and the increased PL efficiency of Mn²⁺ 3d-3d transitions with a decrease in the ZnS:Mn single-layer thickness down to 5 nm were observed, which is ascribed to quantum confinement effects. Meanwhile, the multilayer with 2-nm-thick ZnS:Mn single-layers shows a drop of PL efficiency, indicating the presence of defective region just on AlN. The tendency of the luminous efficiency of the NS-TFEL device against the ZnS:Mn single-layer thickness is similar to the tendency found in the PL efficiency, indicating the importance of the ZnS:Mn/AlN interface for the device performance.     

Synthesis of robust water-soluble ZnS:Mn/SiO2 core/shell nanoparticles

Water-soluble Mn doped ZnS (ZnS:Mn) nanocrystals synthesized by using 3-mercaptopropionic acid (MPA) as stabilizer were homogeneously coated with a dense silica shell through a multi-step procedure. First, 3-mercaptopropyl triethoxy silane (MPS) was used to replace MPA on the particle surface to form a vitreophilic layer for further silica deposition under optimal experimental conditions. Then a two-step silica deposition was performed to form the final water-soluble ZnS:Mn/SiO₂ core/shell nanoparticles. The as-prepared core/shell nanoparticles show little change in fluorescence intensity in a wide range of pH value.     

玻璃基质中ZnS纳米晶Mn2+的EPR谱

用融熔法制备分散有ZnS:Mn²⁺纳米晶的纳硼硅(Na₂O-B₂O₃-SiO₂)玻璃在不同温度、时间对样品进行退火处理,得到不同尺寸的纳米晶.研究了玻璃基质中ZnS:Mn²⁺纳米晶的EPR谱、微波功率饱和EPR谱及发射光谱,发现Mn²⁺有二种组态,即替位组态和间隙位组态.分析结果表明替位组态Mn²⁺及周围立方晶场的畸变程度直接影响光学发光特性.     

Magnetic and electronic properties of Cr,Mn, and Fe adatoms on Si(001): A first-principles study

The magnetic and electronic properties of TM (TM=Cr, Mn, and Fe) adatoms adsorption on Si(001) surface are studied by means of the first-principles method. For the adsorption of a single TM atom on Si(001), we obtain decreasing spin moments and increasing adsorption energies as TM varies from Cr to Fe. In the case of TM dimers adsorption, the calculated results show that the spin coupling changes from antiferromagnetic (AFM) to ferromagnetic (FM) as the 3d electrons increased. AFM coupling is found to be preferred for Cr, while FM coupling is energetically favorable for Mn and Fe. In the case of TM wires, we find that the FM state is energetically preferred for Mn and Fe atoms on the Si(001) surface, while for Cr wires, the up–down–up state for P–M–M site Cr atoms seems to be more energy favorable. We also find that the silicon surfaces become metallic for the adsorption of TM wires.     

MOCVD技术制备的ZnS:Mn电致发光薄膜结晶性及Mn2+分布

本文报导了用MOCVD技术制备的ZnS:Mn电致发光薄膜为立方晶相,结晶取向性好,颗粒大。从高倍率的扫描电镜拍摄的照片观察到薄膜的表面平滑。SIMS测量表明Mn2+在ZnS薄膜纵向分布均匀,但在两侧有起伏,可能的原因是在生长的初终阶段流量的突变使化合物的化学计量比偏离而产生位错,引起原子的局部堆积,并且由于初终阶段ZnS:Mn生长的衬底不同使原子堆积层厚度不同。