Cr掺杂ZnO纳米线电子性质和磁性质

本文采用第一性原理密度泛函理论系统的研究了Cr原子单掺杂和双掺杂两种尺寸ZnO纳米线的电子性质和磁性质.所有掺杂纳米线的形成能都比纯纳米线的形成能低,表明掺杂增强了纳米线的稳定性.研究发现Cr原子趋于替代纳米线表面的Zn原子.所有掺杂纳米线都显示了金属性.纳米线的总磁矩主要来源于Cr原子3d轨道的贡献.由于杂化,相邻的O原子和Zn原子也产生了少量自旋.在超原胞内,Cr和O原子磁矩反平行排列,表明它们之间是反铁磁耦合.表面双掺杂纳米线铁磁态能量比反铁磁态能量低149 meV,表明Cr掺杂ZnO纳米线可能获得室温铁磁性.     

C掺杂ZnO纳米线的磁性研究

运用第一性原理方法研究了C掺杂ZnO纳米线的电子性质和磁性质.研究发现C原子趋于替代纳米线表面的O原子.所有掺杂纳米线显示了半导体特性.纳米线的总磁矩主要来源于C原子2p轨道的贡献.由于杂化,相邻的Zn原子和O原子也产生了少量自旋.在超原胞内,C、Zn和O原子磁矩平行排列,表明它们之间是铁磁耦合.铁磁态和反铁磁态的能量差达到了186meV,表明C掺杂ZnO纳米线可能存在室温铁磁性,在自旋电子学领域有很大应用前景.     

Cr掺杂ZnO纳米线的电子结构和磁性

采用自旋极化密度泛函理论系统研究了Cr掺杂ZnO纳米线的电学、磁学以及光学属性.计算结果显示,Cr原子沿[0001]方向替代ZnO纳米线中的Zn原子时体系一般呈现铁磁耦合,沿[1010]和[0110]方向替代Zn原子时体系呈现反铁磁耦合,且磁性耦合状态在费米能级附近出现了明显的自旋劈裂现象,发生了强烈的Cr 3d和O 2p杂化效应.自旋态密度计算结果显示,磁矩主要来源于Cr原子未成对3d态电子的贡献,磁矩的大小与Cr原子的电子排布有关.光学性质计算结果显示,Cr掺杂ZnO纳米线在远紫外和近紫外都具有明显的吸收峰,吸收峰发生了明显的红移.这些结果都表明Cr掺杂ZnO纳米线也许是一种很有前途的稀磁半导体材料. 关键词： ZnO 纳米线 第一性原理 磁性     

3d过渡金属Co掺杂核壳结构硅纳米线的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了横截面为五边形和六边形的核壳结构硅纳米线的过渡金属Co原子替代掺杂.通过比较形成能发现,核心位置掺杂、壳层单链掺杂以及外壳层全替代掺杂的硅纳米线都具有稳定性,其中核心位置掺杂结构的稳定性最高.掺杂体系均呈现金属性,随着掺杂浓度的增加,电导通道数增加.Co原子掺杂的硅纳米线呈现铁磁性,具有磁矩.Bader电荷分析表明,电荷从Si原子转移至过渡金属Co原子.与自由态时过渡金属Co原子的磁矩相比,体系中Co原子的磁矩有所降低,这主要是由Co原子4s轨道向3d/4p轨道的电荷转移以及4s,3d,4p的上自旋电子转移至下自旋导致的.     

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     

氮掺杂(1120) ZnO 薄膜磁性质研究

采用基于密度泛函理论(DFT)和局域密度近似(LDA)的第一性原理分析了氮掺杂(1120) ZnO 薄膜的磁性质.首先,研究了一个N原子掺杂ZnO薄膜的磁性质,结果表明N 2p,O 2p和Zn 3d 发生自发自旋极化.其次,研究了二个N原子掺杂ZnO薄膜的磁性质,9个不同几何结构的计算结果表明N原子之间具有FM耦合稳定性,而且具体分析了N掺杂ZnO铁磁稳定性的产生原因.最后,讨论了氮 关键词： 第一性原理 半导体 铁磁性     

硫掺杂ZnO纳米线的电化学制备及发光特性

"采用电场辅助电化学沉积法,利用阳极氧化铝模板模板制备了高度择优取向的硫掺杂ZnO单晶纳米线．X射线衍射仪、隧道电子显微镜、选取电子衍射对所得样品的结构、形貌分析表明,所得纳米线是沿(101)择优取向的六方纤锌矿结构单晶纳米线,长约几十微米、平均直径约70 nm. X射线光电子能谱对化学组成的分析进一步证实掺杂硫原子的存在．用荧光光谱仪(PL)对S掺杂前后的ZnO纳米线进行光学特性测量发现,S掺杂较大地改变了ZnO纳米线的发光性质．在PL谱中,除了有典型的ZnO纳米线在378、392 nm处的强紫外发光峰     

Mn掺杂ZnO纳米线磁性质的第一性原理研究

本文采用第一性原理方法系统研究了Mn原子单掺杂和双掺杂ZnO纳米线的稳定性和磁性质.所有掺杂纳米线的束缚能都为负值,表明掺杂增强了纳米线的稳定性.表面掺杂纳米线显示了直接带隙半导体特性,而中间掺杂纳米线显示了间接带隙半导体特性.纳米线的总磁矩主要来源于Mn原子3d轨道的贡献.由于杂化,相邻的O原子和Zn原子也产生了少量自旋.在超原胞内,Mn原子和O原子磁矩平行排列,表明它们之间是铁磁耦合.     

第一性原理研究稀土掺杂ZnO结构的光电性质

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,运用Castep计算分析了Er, Gd两种稀土元素掺杂的ZnO结构, 对本征ZnO和掺杂晶体的能带结构、态密度以及光学性质进行了分析对比. 由掺杂前后的结果分析发现,稀土掺杂的ZnO结构引入了由稀土原子贡献的导电载流子, 增强了体系的电导率, 费米能级上移进入导带. 研究表明由于稀土元素的掺入, ZnO结构在费米能级附近出现了杂质能带, 这是由稀土的4f态电子所形成. 同时, 纯净ZnO与Er-ZnO, Gd-ZnO和(Er, Gd)-ZnO的介电函数虚部有明显的差异. 在光学性质上, 掺杂ZnO在可见光区的吸收系数和反射率都比纯净ZnO高, 能量损失峰出现红移现象. 关键词： ZnO 稀土 掺杂 第一性原理     

氮掺杂（1120）ZnO薄膜磁性质研究

采用基于密度泛函理论（DFT）和局域密度近似（LDA）的第一性原理分析了氮掺杂（1120）ZnO薄膜的磁性质.首先,研究了一个N原子掺杂ZnO薄膜的磁性质,结果表明N2p,O2p和Zn3d发生自发自旋极化.其次,研究了二个N原子掺杂ZnO薄膜的磁性质,9个不同几何结构的计算结果表明N原子之间具有FM耦合稳定性,而且具体分析了N掺杂ZnO铁磁稳定性的产生原因.最后,讨论了氮掺杂ZnO磁交换系数和居里温度.计算结果表明N掺杂（1120）ZnO薄膜具有弱铁磁性.     

First-principles prediction of the electronic and magnetic properties of nitrogen-doped ZnO nanosheets

The electronic and magnetic properties of N-doped ZnO nanosheets are investigated by density functional theory using local spin density approximation. The results show that in an isolated N-doped ZnO nanosheet, there is a clear spontaneous polarization of N 2p state with a magnetic moment 1.0 μ_B/N. We also find that the doped nitrogen atoms in ZnO nanosheets have a clustering tendency with ferromagnetic coupling between them, and thus a high room-temperature ferromagnetic nature is expected. The ferromagnetic coupling in N-doped ZnO nanosheets can be attributed to the hole-mediated double-exchange mechanism through strong p–d interaction between nitrogen and zinc atoms.     

Co掺杂(ZnO)12团簇的结构和磁性质

采用第一性原理密度泛函理论系统地研究Co原子单掺杂和双掺杂(ZnO)₁₂团簇的结构和磁性质.考虑三种掺杂方式:替代掺杂,外掺杂和内掺杂.首先比较各种掺杂团簇的稳定性.结果表明,不管是单掺杂还是双掺杂,外掺杂团簇都是最稳定结构.在结构优化的基础上,对掺杂的(ZnO)₁₂团簇进行磁性计算.发现团簇磁矩主要来自Co-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O原子也产生少量自旋.Co原子之间的磁性耦合由直接的Co-Co反铁磁耦合和Co和O原子之间通过p-d杂化产生的铁磁耦合这两种相互作用的竞争决定.研究发现外双掺杂团簇存在铁磁耦合,在纳米量子器件有潜在的应用价值.     

Magnetic properties of nitrogen doped ZnO

Using the first principle method based on density functional theory,this paper studies the electronic structure and the ferromagnetic stability in N-doped ZnO.The calculated results based on local density approximation(LDA) and LDA+U method show that ferromagnetism coupling between N atoms is more energetically favourable for eight geometrically distinct configurations.The dominant ferromagnetic interaction is due to the hybridization between O 2p and N 2p.The origin of the ferromagnetic state in N doped ZnO is discussed by analysing coupling between N 2p levels.We also analyse N dopant concentration and lattice strain effect on ferromagnetism.     

Magnetic coupling properties of Mn-doped AlN nanowires: First-principles calculations

Based on first-principles within the framework of the density functional theory, we have studied the magnetic coupling properties of Mn-doped AlN nanowires. By analyzing the results of different Mn-doped AlN nanowires, we found that for the passivated nanowire, ferromagnetic state is more stable, while for the unpassivated nanowire, the favorable state transits into anti-ferromagnetic state, which can be well explained by the band coupling model. The results indicate that the degree of surface passivation of dangling bonds is an important factor in the magnetic properties of doped nanowires.     

Electronic structure and magnetic coupling properties of Gd-doped AlN: first-principles calculations

In this work, the electronic structure and magnetic coupling properties of Gd doped AlN have been investigated using first-principles method. We found that in the AlN:Gd system, due to the s-f coupling allowed by the symmetry, the exchange splitting of the conduction band is much larger than that of the valence band, which makes the electron-mediated ferromagnetism possible in this material. This property is also confirmed by the energy differences between anti-ferromagnetic and ferromagnetic phase for Al₁₄Gd₂N₁₆ with different concentrations of electrons (holes), as well as by the calculated exchange constants. The result indicates that Gd-doped AlN is a promising candidate for the applications in future spintronic devices.     

Ni掺杂ZnO团簇的结构和磁性质

采用第一性原理方法研究Ni原子单掺杂和双掺杂（ZnO）₁₂团簇的结构和磁性质.考虑替代掺杂、外掺杂和内掺杂三种掺杂方式.研究发现：不管是单掺杂还是双掺杂,外掺杂团簇都是最稳定结构.Ni原子之间的磁性耦合由直接的Ni-Ni反铁磁耦合和Ni和O原子之间通过p-d杂化产生的铁磁耦合这两种相互作用的竞争来决定.最重要的是,外双掺杂和内双掺杂团簇都存在铁磁耦合,在纳米量子器件有潜在的应用价值.