TM掺杂Ⅱ-Ⅳ-V2黄铜矿半导体的电磁性质

利用自旋局域密度泛函的第一性原理对3d过渡金属(TM=V,Cr,Mn,Fe,Co和Ni)掺杂的Ⅱ-Ⅳ-V2(CdGeP2和ZnGeP2)黄铜矿半导体的电磁性质进行系统计算.结果发现V和Cr掺杂的CdGeP2和ZnGeP2将出现铁磁状态(FM),Mn,Fe以及Co掺杂的CdGeP2和ZnGeP2将出现反铁磁状态(AFM),而Ni掺杂时,稀磁半导体(DMS)的磁性比较不稳定.其中Cr掺杂的CdGeP2和ZnGeP2将可能是具有较高居里温度Tc的DMS.当TM-3d电子的t2g态部分被填充时,其掺杂的DMS将出现FM状态;而当TM-3d电子的t2g态全满或者全空时,其掺杂的DMS将出现AFM状态.在(Cd,Mn)GeP2和(Zn,Mn)GeP2中分别掺入电子和空穴载流子,可以发现载流子是否具有TM-3d电子的巡游特性是DMS是否出现FM状态的主要原因.     

TM掺杂的Ⅲ-Ⅴ族稀磁半导体电磁性质的第一原理计算

使用基于自旋局域密度泛函理论的第一性原理方法对3d过渡金属(TM=V，Cr，Mn，Fe，Co和Ni)掺杂的Ⅲ-Ⅴ族半导体(GaAs和GaP)的电磁性质进行了计算.结果发现：用V，Cr和Mn掺杂时体系将出现铁磁状态，而Fe掺杂时将出现反铁磁状态，Co和Ni掺杂时，其磁性则不稳定.其中，Cr掺杂的GaAs和GaP将可能是具有较高居里温度的稀磁半导体(DMS).在这些DMS系统中，V离子的磁矩大于理论期待值，Fe，Co和Ni离子的磁矩小于理论期待值，Cr和Mn离子的磁矩与期待值的差距取决于晶体的对称性以及磁性离子的能带分布.此外，使用Si和Mn共同对Ⅲ-Ⅴ族半导体进行掺杂，将有利于DMS表现为铁磁状态，并可以使体系的T_C进一步提高. 关键词： 稀磁半导体 过渡金属 掺杂 共掺杂     

Mg12O12纳米线掺杂3过渡金属元素的第一性原理计算研究

基于密度泛函第一性原理计算,系统研究了Mg12O12笼状团簇组装一维纳米线及其掺杂3d族元素体系的几何结构与电子结构。结果表明：Mg12O12团簇组装一维纳米线为非磁性半导体,带隙值为3.16 eV;掺杂Sc和V后,体系由半导体转变为金属;掺杂Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu后体系仍然保持半导体特性、但带隙值明显减小,而掺杂Zn时带隙值变化不大;掺杂V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu后纳米线具有磁性。     

3d过渡金属元素掺杂Al12N12纳米线几何结构和电子性能的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统地研究了不同3d过渡金属元素(Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni)掺杂Al₁₂N₁₂纳米线的几何结构、稳定性和电子结构.结果表明：所有掺杂体系均是热力学稳定的;掺杂Ni时体系保留了原有的非磁性间接带隙半导体特性;当掺杂其它原子(Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co)时体系仍然保持为半导体,但带隙明显减小.掺杂过渡金属原子对于Al₁₂N₁₂纳米线的电子结构具有明显的调控作用,在能带调控和光电方面有潜在的应用前景.     

有机阳离子插层调控二维反铁磁MP X3磁性能

电控磁效应调控二维(2D)反铁磁(AFM)材料的研究结合了电控磁效应与半导体工艺兼容且低能耗的优势, 2D材料范德瓦耳斯界面便于异质集成以及AFM材料无杂散场、抗外磁场干扰、内禀频率高的优势,成为领域内研究的重点.载流子浓度调控是电控磁效应的主要机制,已被证明是调控材料磁性能的有效途径.层内AFM材料的净磁矩为零,磁性调控测量存在挑战,故其电控磁效应研究尚少且潜在的机制尚不清楚.基于有机阳离子的多样性,本文利用有机阳离子插层系统地调控了2D层内AFM材料MPX₃(M=Mn,Fe,Ni;X=S,Se)的载流子浓度,并研究了电子掺杂对其磁性能的影响.笔者在MP X₃家族材料中发现了依赖载流子浓度变化的AFM-亚铁磁(FIM)/铁磁(FM)的转变,并结合理论计算揭示了其调控机制.本研究为2D磁性材料的载流子调控磁相变提供了新的见解,并为研究2D磁体的电子结构与磁性之间的强相关性以及设计新型自旋电子器件开辟了一条途径.     

稀磁半导体材料居里温度的极值点

以Zener模型为基础,考虑反铁磁性交换作用对DMS材料居里温度的影响,理论计算得到了居里温度关于掺杂浓度和反铁磁性交换作用的二元函数,对GaAs ∶ TM(Ga,TM)As (TM=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni)的居里温度做了详细分析得到:n型半导体居里温度有一个极大值,而p型掺杂是单调的递增。     

利用第一性原理研究Ni掺杂ZnO铁磁性起源

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Ni掺杂ZnO磁性质.文中计算了8个不同几何结构的铁磁(FM)和反铁磁耦合能量,结果表明FM耦合更稳定.态密度结果显示Ni 3d 与O 2p发生杂化,导致费米能级附近电子态自旋极化.文中也分析了O空位对Ni掺杂ZnO铁磁性质的影响,O空位通过诱导电子调节FM耦合,从而稳定Ni掺杂ZnO铁磁性质,其强度足以引发室温铁磁性.通过Ni 3d能级耦合具体分析了Ni 掺杂ZnO铁磁性起源.另外,也分析了晶格应变对Ni掺杂ZnO FM耦合的影响. 关键词： 第一性原理 半导体 铁磁性 缺陷     

密度泛函理论研究混合团簇Al12X(X=Sc、Ti、V、Gr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn)的结构和磁性

以四种13原子高对称性(Ih、Oh、D5h、D3h)密堆积结构为初始构型,通过不等价位原子替换,利用密度泛函理论系统研究了Al12 X(X=Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn)掺杂团簇的结构及磁性.结果表明:除Al12 Cr和Al12Fe以外,其它Al12X团簇的基态结构均以Ih替换结构为主,其中前3d元素(X=Sc、Ti、V、Mn)倾向于表面位置替换,而后3d元素(X=Co、Ni、Cu、Zn)则倾向于中心位置替换;Al12 Cr和Al12Fe团簇以Oh结构的表面替换为基态结构;对多数3d元素(X=Ti、V、Cr、Fe、Co、Zn)其掺杂团簇均出现明显的近能同分异构现象;相较纯Al13团簇掺杂团簇普遍体现出磁性增强效应.     

密度泛函理论研究混合团簇Al12X(X=Sc、Ti、V、Gr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn)的结构和磁性

以四种13原子高对称性（Ih、Oh、D5h、D3h）密堆积结构为初始构型,通过不等价位原子替换,利用密度泛函理论系统研究了Al12X(X=Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn）掺杂团簇的结构及磁性．结果表明：除Al12Cr和Al12Fe以外,其它Al12X团簇的基态结构均以Ih替换结构为主,其中前3d元素(X=Sc、Ti、V、Mn)倾向于表面位置替换,而后3d元素(X=Co、Ni、Cu、Zn)则倾向于中心位置替换;Al12Cr和Al12Fe团簇以Oh结构的表面替换为基态结构;对多数3d元素(X=Ti、V、Cr、Fe、Co、Zn)其掺杂团簇均出现明显的近能同分异构现象;相较纯Al13团簇掺杂团簇普遍体现出磁性增强效应．     

过渡金属(Cr,Mn,Fe,Co)掺杂对TiO_2磁性影响的第一性原理研究

关于过渡金属掺杂TiO_2是否会产生室温铁磁性及其磁性的来源存在争议,为了解决此问题,本文采用基于密度泛函理论下的GGA+U方法对体系Ti_(0.875)X_(0.125)O_2 (X=Cr,Mn,Fe,Co)的磁学性质及光学性质进行了第一性原理的研究.首先计算了铁磁和反铁磁的基态能量,比较后推测出铁磁态为它们的基态;分析能带结构发现Ti_(0.875)Cr_(0.125)O_2和Ti0.875Mn_(0.125)O_2两种体系保持半导体性质,Ti_(0.875)Fe_(0.125)O_2和Ti_(0.875)Co_(0.125)O_2两种体系表现金属特性;掺杂体系都产生了室温铁磁性,磁性来源主要是过渡金属元素(Cr,Mn,Fe,Co)3d电子轨道诱导极化了周围的O-2p态自旋电子,导致体系产生净磁矩而呈现铁磁性;掺杂体系的吸收光谱均发生了红移,有效扩展了对可见光的吸收范围.     

Mg12O12纳米线掺杂3d过渡金属元素的第一性原理计算研究

基于密度泛函第一性原理计算,系统研究了Mg₁₂O₁₂笼状团簇组装一维纳米线及其掺杂3d族元素体系的几何结构与电子结构.结果表明：Mg₁₂O₁₂团簇组装一维纳米线为非磁性半导体,带隙值为3.16 eV;掺杂Sc和V后,体系由半导体转变为金属;掺杂Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu后体系仍然保持半导体特性、但带隙值明显减小,而掺杂Zn时带隙值变化不大;掺杂V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu后纳米线具有磁性.     

新型超导材料MgCNi3的电子结构与超导电性研究

用MS-Xα方法研究了非氧化物超导材料MgCNi3的电子结构.研究结果显示,态密度分布曲线的主峰靠近Fermi面,主要来自于Ni的d电子的贡献.用T(T=Co,Mn,Cu)替代MgCNi3中的部分Ni形成化合物MgCNi2T,替代使Ni的价电子数减小,价态发生变化,Fermi面处态密度N(EF)减小.计算结果表明:无论是电子掺杂(Cu)还是空穴掺杂(Co,Mn),MgCNi3的超导电性都被抑制;Mn掺杂比Co掺杂更快地抑制超导电性,Co是作为空穴掺杂而不是作为磁性杂质掺杂去抑制超导.     

过渡金属掺杂GaN的电子结构和光学性质理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法计算不同过渡金属（V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni）掺杂GaN的电子结构及光学性质,分析掺杂对电子结构及光学性质的影响.结果表明,过渡金属掺杂在GaN的禁带中引入杂质能带,除掺Fe体系外其它掺杂体系都表现为半金属性.除掺Fe和Ni体系在低能区没有出现光吸收外,其它体系均在低能区杂质能级处出现光吸收.     

3d过渡金属原子单层在Pd(001)表面磁性的第一性原理研究

用第一性原理基础上的超软赝势方法的总能计算，研究了3d过渡金属(Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn)在Pd(001)表面的单层p(1×1)和c(2×2)结构的表面磁性和总能. 所得结果表明：对于Sc, Ti, V和Cr只存在p(1×1)的铁磁性结构，而Mn只有c(2×2)的反铁磁结构存在. Fe, Co和Ni这三种元素上述两种结构都存在，但是总能上p(1×1)的铁磁结构要低些，因此是比较稳定的结构. 而Cu和Zn在该表面上的单层中不存在上述两种结构. 对于V的p(1×1)铁磁结构，计算得到的每个V原子磁矩为2.41μ_B，大于用全电子方法得到的0.51μ_B. 两种计算方法得到其他金属原子 (Cr，Mn，Fe，Co，Ni)的表面磁矩比较相近，都比孤立原子磁矩略小. 关键词： Pd(001)表面 过渡金属原子单层 表面磁性     

3d过渡金属掺杂对Cd12O12纳米线电子和磁性能的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统研究了3d过渡金属元素(Sc、Ti、Cr、Mn、Co、Cu和Zn)掺杂Cd12O12纳米线的几何结构,电子结构和磁性。结果表明：所有掺杂体系均是热力学稳定的;掺杂Ti或Zn时体系保留了原有的非磁半导体特性,掺杂Mn、Co或Cu时能够实现磁性半导体态,而在掺杂Sc（Cr）时体系转变为非磁性金属态（磁性金属态）。研究结果表明,掺杂3d过渡金属元素的Cd12O12纳米线在电子、光电和自旋电子学领域具有潜在的应用价值。     

Mn2NiSn掺杂Ni、Co体系的结构与磁性研究

本文通过在Heusler合金Mn2NiSn中掺杂Ni、Co元素对其结构与磁性交换作用变化进行了研究。结果表明,在Mn2-xNi1+xSn体系中,随着Ni逐渐替代Mn,合金结构会由立方XA逐渐向L21结构转变。由于Ni原子相对于Mn原子具有较小的原子半径,Ni2MnSn相对于Mn2NiSn体积大概收缩1.2%。Mn含量的减少使得最近邻的Mn(A)-Mn(B)间反铁磁交换作用减弱,导致居里温度由x = 0时的519 K接近线性的降低到x=1时的340 K。当用Co元素替换部分Mn元素时,即Mn2-yCoyNiSn中,复杂的原子占位使得Mn(A)-Mn(B)交换作用降低的同时伴随着Co-Mn之间铁磁交换作用的增强,两者交换作用的竞争导致居里温度先降低后升高,临界点出现在y = 0.3处。在Mn2Ni1-zCozSn体系中,当Co替代部分Ni时,由于Ni-Mn之间的交换作用小于Co-Mn之间的交换作用,交换作用的增强导致居里温度随着Co含量的增加逐渐升高。室温下的饱和磁化强度也随着掺杂量的增大逐渐增大。     

过渡金属离子掺杂对La1.2Ca1.8Mn2O7输运性质的影响

研究了过渡金属元素掺杂对层状钙钛矿结构锰氧化物La1.2Ca1.8Mn2O7体系输运性质的影响.实验结果表明不同过渡金属离子掺杂均导致体系的金属-绝缘转变温度降低,电阻率与最大磁电阻值(Cr除外)增加.当掺杂量较高时,磁性Cr、Fe、Co、Ni离子对体系性质的影响与其磁性相互作用密切相关.     

Ni,Fe离子掺杂对Ge-Sb-Se薄膜的结构与性能影响研究

采用低温烧结靶材，以电子束蒸发方法制备了掺Fe和掺Ni的Ge-Sb-Se薄膜，所制备的薄膜均为p型半导体.用AFM，UV-VIS，Hall和阻抗分析仪研究了薄膜的形貌、结构和性能.研究表明薄膜形成时的成膜离子活性大、掺杂元素与系统本征元素电负性间差值小以及一定的热处理后，薄膜的网络结构相对较完整，网络畸变较小，缺陷也较少.掺杂Fe，Ni既可参与Ge-Sb-Se薄膜成键，影响网络结构的完整性；也会在费米能级附近引入缺陷态密度，增加了对载流子跃迁的陷阱作用.与Fe掺杂相比，Ni掺杂使薄膜具有较完整的网络结构，较低的中性悬挂键浓度和在交变电场下可具有较少的极化子产生，相应粗糙度较小、光学带隙较宽、载流子迁移率较高、载流子浓度较低和薄膜介电损耗较小. 关键词： Fe Ni掺杂 低温烧结靶材 Ge-Sb-Se薄膜     

新型超导材料MgCNi3的电子结构与超导电性研究

用MS-Xα方法研究了非氧化物超导材料MgCNi₃的电子结构. 研究结果显示, 态密度分布曲线的主峰靠近Fermi面, 主要来自于Ni的d电子的贡献. 用T(T=Co，Mn，Cu)替代MgCNi₃中的部分Ni形成化合物MgCNi₂T，替代使Ni的价电子数减小, 价态发生变化, Fermi面处态密度N(E_F)减小. 计算结果表明：无论是电子掺杂（Cu）还是空穴掺杂（Co，Mn），MgCNi₃的超导电 关键词： 电子结构 态密度 超导电性     

La$lt;sub$gt;0.4$lt;/sub$gt;Ca$lt;sub$gt;0.6$lt;/sub$gt;MnO$lt;sub$gt;3$lt;/sub$gt;中Mn-位Fe和Cr掺杂对磁性质的影响

研究了Fe和Cr掺杂对La_0.4Ca_0.6MnO₃ 中电荷有序反铁磁基态的调控作用. 磁性质的测量结果表明, 两种离子掺杂均能有效抑制原型样品中的长程电荷有序相, 但是Fe离子掺杂样品均具有反铁磁的基态, 而Cr掺杂样品中则出现了显著的铁磁性. 结合电输运测量结果显示, Cr掺杂引起的铁磁态同时具有金属性, 表明其中是电子双交换作用占主导. 对比两种掺杂离子的电子结构发现, Cr离子空的e_g电子轨道促进了电子双交换作用, 而Fe掺杂则只是引入了不同的自旋交换作用, 导致自旋无序. 关键词： 磁性氧化物 反铁磁