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.     

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.     

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.     

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.     

过渡金属 X（ X=Cr、Mn、Fe、Tc、Re ）掺杂Janus Ga2SSe 的第一性原理研究

利用密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,研究过渡金属X(X=Cr、Mn、Fe、Tc、Re)原子掺杂Janus Ga₂SSe的磁性、电子性质及光学性质.研究表明：过渡金属掺杂Janus Ga₂SSe体系在Chalcogen-rich条件下有着比Ga-rich条件下更好的稳定性.其中Mn掺杂体系形成能在两种条件下皆为最低.本征Ga₂SSe是具有2.02 eV带隙的间接带隙半导体,在紫外区域有着很好的光伏吸收能力.与本征Ga₂SSe相比,Cr掺杂体系自旋向上通道出现杂质能级,自旋向上与向下通道不对称,呈磁矩为2.797μ_B铁磁性半金属. Mn掺杂体系在其自旋向上通道产生的杂质能级,呈磁矩为3.645μ_B的磁性P型半导体. Fe掺杂体系自旋向下通道产生的杂质能级,呈磁矩为3.748μ_B磁性P型半导体.在Tc与Re掺杂后,带隙皆由间接变直接带隙,呈无磁性的P型半导体.从光学性质来看,各掺杂体系与未掺杂Ga₂SSe在介电...     

单层金属卤化物CoX_2(X=Cl、Br、I)可调能隙和磁性研究

本文采用密度泛函理论系统的研究了二维单层金属卤化物CoX_2(X=Cl,Br,I)的结构稳定性、电子性质和磁性质.三种卤化物的束缚能分别是9.01、8.04和6.95 eV,表明Co原子和卤素原子间存在强相互作用.三种材料的能带结构都显示了间接带隙半导体特性.三种材料的总磁矩都是3 μ_B,主要来源于Co原子的磁矩.为了实现对材料物性的调控,我们考虑了双轴应变.发现压缩应变不仅可以显著增强铁磁态的稳定性,还可以实现体系从间接带隙半导体向直接带隙半导体的转变.     

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.     

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.     

B36团簇组装一维纳米线的密度泛函研究

采用密度泛函理论计算方法系统研究了B₃₆团簇组装一维纳米线的几何结构、电子结构及稳定性.发现两种不同构型的B₃₆团簇组装纳米线静态结构能量相同,且均为动力学稳定结构,但二者电子结构明显不同:分别呈现出半金属和小带隙半导体特征.对两类纳米线的H原子吸附显示:半金属纳米线转变为半导体,而半导体纳米线仍保持为半导体,但带隙明显增大.表明H原子吸附对于B₃₆团簇组装纳米线的电子结构具有明显的调控作用.     

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.     

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。     

Synthesis and magnetic properties of Mn doped CuO nanowires

Study of diluted magnetic semiconductor nanowires is one of the important topics in materials science. By using Mn-Cu alloy as the starting material, Mn doped CuO nanowire arrays have been synthesized in air at the temperature of 550 °C. X-ray diffraction measurements and scanning electron microscopic study shows that the nanowires were grown on Cu₂O substrate. Transmission electron microscopic study shows the single crystal property of the nanowires. Magnetic measurements show ferromagnetic property in the Mn doped CuO nanowires with the critical temperature higher than 80 K.     

表面钝化效应对GaAs纳米线电子结构性质影响的第一性原理研究

纳米线表面存在大量的表面态,它们能够引起电子分布在纳米线表面,使得纳米线的电学性质对表面条件变得更加敏感,严重地制约器件的性能.表面钝化能够有效地移除纳米线的表面态,进而能够有效地优化器件的性能.采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了表面钝化效应对GaAs纳米线电子结构性质的影响.考虑了不同的钝化材料,包括氢元素、氟元素、氯元素和溴元素.研究结果表明:具有小尺寸的GaAs裸纳米线的能带结构呈间接带隙特征,表面经过完全钝化后,转变为直接带隙特征;GaAs纳米线表面经过氢元素不同位置和不同比例钝化后,展示出不同的电学性质;表面钝化的物理机理是钝化原子与纳米线表面原子通过电荷补偿移除纳米线表面的电子态;与氢元素钝化相比,GaAs纳米线表面经过氟元素、氯元素和溴元素钝化后,带隙宽度较小,原因是氟元素、氯元素和溴元素在钝化过程中具有较小的电荷补偿能力,不能完全移除表面态.     

First principle calculation of the electronic and magnetic properties of Mn-doped 6H-SiC

The electronic and magnetic properties of 6H-SiC with Mn impurities have been calculated using GGA formalism. Various configurations of Mn sites were considered. It was found that 6H-SiC doped with Mn atoms possess a moment for both types of substitution. The Mn atom at Si site possesses larger magnetic moment than Mn atom at C site. The energy levels appearing in the band gap due to vacancies and due to Mn impurities are determined and the calculated densities of states (DOSs) are used to analyse the different value of the magnetic moments for different types of substitution. A model that explains the magnetic moment at Mn site is proposed.     

First principles study of the electronic properties of twinned SiC nanowires

The electronic properties of saturated and unsaturated twinned SiC nanowires grown along [111] direction and surrounded by {111} facets are investigated using first-principles calculations with density functional theory and generalized gradient approximation. All the nanowires considered, including saturated and unsaturated ones, exhibit semiconducting characteristics. The saturated nanowires have a direct band gap and the band gap decreases with increasing diameters of the nanowires. The hexagonal (2H) stacking inside the cubic (3C) stacking has no effect on electronic properties of the SiC nanowires. The highest occupied molecular orbitals and the lowest unoccupied molecular orbitals are distributed along the nanowire axis uniformly, which indicates that the twinned SiC nanowires are good candidates in realizing nano-optoelectronic devices.