过渡金属TM(V,Cr,Mn)掺杂ZnS的电子结构和磁性

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理赝势平面波方法,对过渡金属V、Cr、Mn掺杂ZnS的超晶胞体系进行了几何结构优化,计算了晶格常数、电子结构与磁学性质.研究结果表明:掺入V,Cr后,ZnS表现出明显的半金属性,而掺入Mn后,半金属性不明显;掺入过渡金属TM(V,Cr,Mn)后系统产生的磁矩主要有杂质的3d态电子贡献,且磁矩的大小与过渡金属的电子排布有关.     

Cr含量对ZB型半金属铁磁体Cr_xZn_(1-x)Se磁电性能的影响

使用基于密度泛函理论的第一性原理方法,优化了闪锌矿结构的Cr_xZn_(1-x)Se(x=0.000,0.125,0.250和0.375)的2×2×2超胞的几何结构,计算了其自旋极化的态密度和能带结构、离子磁矩、电荷分布等磁电性能,详细分析了Cr含量对Cr_xZn_(1-x)Se磁电性能的影响.结果表明,Cr掺杂后ZB型ZnSe具有明显的半金属特性;当x=0.125,0.250和0.375时,Cr_xZn_(1-x)Se均有较宽的半金属带隙,从而可能具有较高的居里温度;当x=0.125时,Cr_xZn_(1-x)Se的半金属性最稳定;x=0.125,0.250和0.375时,Cr_xZn_(1-x)Se的超胞磁矩分别为整数磁矩4.0,8.0和12.0μ_B,而具有整数磁矩是半金属铁磁体非常重要的特征之一.Cr_xZn_(1-x)Se的半金属性和磁性主要来源于Cr离子的自旋极化,Cr离子的电子结构为Cr e_g~2↑e_g~1↓t_(2g)~3↑.     

Cr含量对ZB型半金属铁磁体CrxZn1-xSe磁电性能的影响

使用基于密度泛函理论的第一性原理方法,优化了闪锌矿结构的CrxZn1-xSe (x = 0.000,0.125,0.250和0.375)的2×2×2超胞的几何结构,计算了其自旋极化的态密度和能带结构、离子磁矩、电荷分布等磁电性能,详细分析了Cr含量对CrxZn1-xSe磁电性能的影响。结果表明,Cr掺杂后ZB型ZnSe具有明显的半金属特性;当x=0.125, 0.250和0.375时,CrxZn1-xSe均有较宽的半金属带隙,从而可能具有较高的居里温度;当x=0.125时,CrxZn1-xSe的半金属性最稳定;x=0.125, 0.250和0.375时,CrxZn1-xSe的超胞磁矩分别为整数磁矩4.0, 8.0和12.0 µB,而具有整数磁矩是半金属铁磁体非常重要的特征之一。CrxZn1-xSe的半金属性和磁性主要来源于Cr离子的自旋极化,Cr离子的电子结构为Cr e2g↑e1g↓t2g3↑。     

Mn掺杂LiZnN新型稀磁半导体磁电性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,对纯LiZnN、Mn掺杂LiZnN及Li不足和过量时Mn掺杂LiZnN体系进行几何结构优化,分析体系的电子结构、半金属性和磁电性质.结果表明,Mn的掺入使体系产生自旋极化杂质带,自旋极化率为100%,表现出半金属铁磁性,且形成较强的Mn-N共价键.当Li不足时,Mn-N键的共价性最强,键长变短,体系半金属性明显增强,形成能最低,结构最稳定.Li过量时,体系半金属性消失,表现为金属性,杂质带宽度增大,体系导电能力增强.表明Mn掺杂LiZnN新型稀磁半导体可以通过Mn的掺入和改变Li的含量来实现磁性和电性的分离调控.掺杂体系的基态均为铁磁性,其净磁矩主要由Mn原子贡献,通过海森堡模型计算发现,Li空位可以有效提高体系的居里温度.     

3d过渡金属磷系化合物半金属铁磁性的第一性原理研究

在基于密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA)下,采用第一性原理平面波赝势(PWP)方法,对3d过渡金属磷系闪锌矿结构的化合物XY(X=V、Cr、Mn,Y=P、As、Sb)的电子结构进行了计算,通过分析它们的能带结构、态密度、磁矩等,发现除闪锌矿结构的化合物MnP和MnAs不是真正的半金属铁磁体外,其余闪锌矿结构的化合物在能带结构和态密度均体现出半金属特征.     

V,Cr,Mn掺杂MoS2磁性的第一性原理研究

基于第一性原理的自旋极化密度泛函理论分别研究了过渡金属V, Cr, Mn掺杂单层MoS₂的电子结构、 磁性和稳定性. 结果表明: V和Mn单掺杂均能产生一定的磁矩, 而磁矩主要集中在掺杂的过渡金属原子上, Cr单掺杂时体系不显示磁性. 进一步讨论双原子掺杂MoS₂ 体系中掺杂原子之间的磁耦合作用发现, Mn掺杂的体系在室温下显示出稳定的铁磁性, 而V掺杂则表现出非自旋极化基态. 形成能的计算表明Mn掺杂的MoS₂体系相对V和Cr 掺杂结构更稳定. 由于Mn掺杂的MoS₂ 不仅在室温下可以获得比较好的铁磁性而且其稳定性很高, 有望在自旋电子器件方面发挥重要的作用. 关键词： 2')" href="#">单层MoS₂ 掺杂 铁磁态 第一性原理     

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     

新型稀磁半导体Mn掺LiCaP的磁电性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,对纯LiCaP、Mn掺杂LiCaP、Li过量和不足时Mn掺杂LiCaP体系进行几何结构优化,计算并分析了体系的电子结构、能带结构、态密度等.结果表明:Li1±y(Ca1-xMnx) P(x=0. 125,y=0. 125)体系均表现为100%自旋注入,材料均具有半金属亚铁磁性,半金属性稳定,磁矩较大且主要来源于Mn掺入形成的深能级杂质带. Li过量时材料的导电性得到改善,Li不足时体系的居里温度(Tc)提高,说明LiCaP半导体的磁性和电性可以分别通过Mn的掺入和Li的含量进行调控.     

M@C_(20)H_(20)(M=Sc,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni)几何结构和电子性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的广义梯度近似(GGA)方法对M@C_(20)H_(20)(M=Sc,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni)几何结构和电子性质进行了计算研究.几何结构优化发现,过渡金属原子M内掺到C_(20)H_(20)笼时,都稳定于碳笼中心.能隙和内掺能计算发现,M@C_(20)H_(20)的热力学稳定性随着M原子序数的增大而逐渐减弱,内掺M原子使得其动力学稳定性大幅度下降,但是其中Ni@C_(20)H_(20)结构仍然具有良好的热力学和动力学稳定性,其有望在实验中被成功合成出来.电子性质研究发现,随着M原子序数的逐渐增大,M原子对M@C_(20)H_(20)前线轨道的贡献也越来越大,M@C_(20)H_(20)(M=Sc,V,Cr,Mn,Fe,Co)都具有一定的磁矩,而Ni@C_(20)H_(20)为闭壳层结构,磁矩为零.     

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.     

First-principles study on the magnetism in ZnS-based diluted magnetic semiconductors

The electronic and magnetic properties of wurtzite ZnS semiconductor doped with transition metal (Cr, Mn, Fe, Co, and Ni) atoms are studied by using the first-principle’s method in this paper. The ZnS bulk materials doped with Cr, Fe, and Ni are determined to be half-metallic, while those doped with Mn and Co impurities are found to be semiconducting. These doped transition metal ions have long range interactions mediated through the induced magnetic moments in anions and cations of host semiconductors. These doped ZnS-based diluted magnetic semiconductors seem to be good candidates for the future spintronic applications.     

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     

硫化锌纳米管稳定性、电子性质和磁性质的比较研究

用第一性原理方法系统地研究硫化锌纳米管的稳定性、电子性质和掺杂磁性质.比较三种纳米管的稳定性.研究表明,六边形截面的双壁管的稳定性最高,相同截面的单壁管稳定性次之,而圆截面的之字形和扶手椅纳米管稳定性最低.电子能带结构计算表明它们都是直接带隙半导体.纳米管表面氢吸附后,六边形截面的单壁管转变为间接带隙半导体.研究了磁性原子掺杂六边形截面管的磁性质.发现掺杂纳米管的形成能比纯纳米管的形成能低,说明掺杂过程是一个放热反应.纳米管的总磁矩等于掺杂的磁性原子的磁矩.这些单掺杂纳米管在可调磁的新材料方面有潜在的应用价值.     

不同3d过渡金属掺杂对ZnS电子结构和光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对掺杂不同3d过渡金属元素的闪锌矿型ZnS系统进行了研究。结果表明,掺杂元素的主要贡献在费米面附近,掺杂后系统的价带底、导带均向低能方向移动,带隙变小。Fe、Mn、Cr、V的掺杂为n型掺杂,Cu、Ni、Co的掺杂为p型掺杂。掺杂后系统的光学吸收边都有明显的红移,在绿光区有较强的吸收。此外,V和Cr掺杂系统在远紫外区也有较强的吸收,结果与实验符合。     

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。     

First-principles study on the magnetism and electronic structure in 3d transition metal (X=Sc,V, Cr,Mn, Fe,Ni, Cu) doped CoO

We have studied the electronic structure and magnetism of the single transitional metal element X=Sc, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu-doped CoO systems by first-principles calculations. At X=Sc, Cr, Cu, the binding energy of the doped systems is lower than pure CoO, suggesting that these systems are energetically stable. In the Sc, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu-doped 2×2×2 CoO supercells, the total magnetic moments are 3.03, 5.64, 6.80, 7.70, 6.93, 2.30 and 1.96 μ_B, respectively. At X=Cr and Fe, the doped CoO systems are half-metallic with a high spin polarization. The large magnetic moment and high spin polarization in the Cr and Fe-doped CoO are important for the design of the spintronic devices.     

Multifractal analysis of the electronic states in the Fibonacci superlattice under weak electric fields

We report the effect of substitution of Cr by V and Mn in the spin- \frac12\frac{1}{2} 1 2 dimer compound Sr₃Cr₂O₈. In the pentavalent Cr site, V ion has zero effective moment, while Mn remains in the spin-1 state. For both V and Mn substitutions, the gap in the spin excitation spectra remains almost unchanged in the dilute doping regime. The low temperature Curie tail, expected to be originated from free or quasi-free magnetic ions, is found to be larger in case of V doped samples. However, inter-dimer interaction is found to be stronger in the Mn doped samples. The underlying magnetic behaviour of these doped samples is presumably related to the effect of broken dimers due to random substitutions.     

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。     

Combined Optical/MCD/ODMR investigations of photochromism in doubly-doped Bi 12 GeO 20

Electron paramagnetic resonance is detected optically via the change of magnetic circular dichroism under microwaves at 35 v GHz. The technique is applied to Bi 12 GeO 20 samples co-doped with vanadium and a second transition metal (Cr, Mn, Co, Cu). The optical and magnetic properties of several paramagnetic defects (V Ge 4+ and Cr Ge 4+ ) are directly correlated. The basic photochromic processes occuring in samples doped with V, Mn, and Mn+V are explained. The V Ge 4+/5+ level is positioned roughly 2.2 v eV above the valence band.     

First-principle study on magnetic properties of Mn/Fe codoped ZnS

We studied the magnetic properties of Mn/Fe codoped ZnS comparatively with and without defects using first-principle calculation. The calculated results indicate that the Mn/Fe codoped ZnS system tends to stabilize in a ferrimagnetic (FiM) configuration. To obtain a ferromagnetic (FM) configuration, we consider the doped system with defects, such as S or Zn vacancy. The calculated results indicate that the doped system with Zn vacancy favors FiM states. Although the FM states of the doped system with S vacancy are more stable than the FiM states in negative charge states, the FM states are not stable enough to exist. Finally, we replaced an S atom by a C atom in the doped system. The C atom prefers to substitute the S atom connecting Mn and Fe atoms. The formation energy of this defect is −0.40 eV, showing that Mn/Fe/C codoped ZnS can be fabricated easily by experiments. Furthermore, the FM state was lower in energy than the FiM state by 114 meV. Such a large energy difference between the FM and FiM states implies that room temperature ferromagnetism could be expected in such a system.