新型稀磁半导体Mn掺杂LiZnP的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对纯LiZnP、Mn掺杂LiZnP、Li过量和不足时Mn掺杂LiZnP体系进行了几何结构优化,计算并分析了体系的电子结构、半金属性、态密度及光学性质.结果表明:LiZnP新型稀磁半导体可以实现自旋和电荷注入机制的分离.Mn的掺入使体系产生自旋极化杂质带,自旋极化率达到100%,表现出半金属铁磁性,且体系性质受Li计量数的影响.当Li不足时杂质带宽度增大,半金属性增强,居里温度提高,形成能最低.进一步比较光学性质发现:Mn掺入后体系光学性质没有明显变化,但随Li的化学计量数的改变,介电函数虚部会在低能区中出现新的介电峰,同时复折射率函数对低频电磁波吸收明显加强,且能量损失在Li过量时最小.     

新型稀磁半导体Mn掺杂LiZnP的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对纯LiZnP、Mn掺杂LiZnP、Li过量和不足时Mn掺杂LiZnP体系进行了几何结构优化,计算并分析了体系的电子结构、半金属性、态密度及光学性质。结果表明：LiZnP新型稀磁半导体可以实现自旋和电荷注入机制的分离。Mn的掺入使体系产生自旋极化杂质带,自旋极化率达到100%,表现出半金属铁磁性,且体系性质受Li计量数的影响。当Li不足时杂质带宽度增大,半金属性增强,居里温度提高,形成能最低。进一步比较光学性质发现：Mn掺入后体系光学性质没有明显变化,但随Li的化学计量数的改变,介电函数虚部会在低能区中出现新的介电峰,同时复折射率函数对低频电磁波吸收明显加强,且能量损失在Li过量时最小。     

Ag-Cr共掺LiZnP新型稀磁半导体的光电性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,对纯Li Zn P, Ag/Cr单掺和Ag-Cr共掺Li Zn P新型稀磁半导体进行了结构优化,计算并分析了掺杂体系的电子结构、磁性、形成能、差分电荷密度和光学性质.结果表明:非磁性元素Ag单掺后,材料表现为金属顺磁性;磁性元素Cr单掺后, sp-d杂化使态密度峰出现劈裂,体系变成金属铁磁性;而Ag-Cr共掺后,其性质与Ag和Cr单掺完全不同,变为半金属铁磁性,带隙值略微减小,导电能力增强,同时形成能降低,原子间的相互作用和键强度增强,晶胞的稳定性增强.通过比较光学性质发现,掺杂体系的介电函数虚部和光吸收谱在低能区均出现新的峰值,且当Ag-Cr共掺时介电峰峰值最高,同时复折射率函数在低能区发生明显变化,吸收边向低能方向延展,体系对低频电磁波吸收加强.     

稀土元素Eu掺杂LiCaN新型稀磁半导体的磁光电性质调控

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,对新型稀磁半导体Li_1±y(Ca_1-xEu_x)N (x=0, 0.125;y=0, 0.125)进行几何结构优化,计算并分析了体系的电子结构、磁性和光学性质.结果表明:可以通过掺入稀土元素Eu和改变Li的计量数来调控体系的磁性和电性. Eu掺入后,带隙值减小,在费米能级附近发生了强烈的p-f轨道杂化,体系获得了比Mn掺LiCaN更大的磁矩,磁矩主要来源于Eu4f态能级的引入. Li缺陷时,体系变为半金属性,杂化作用减弱,磁矩减小. Li过量时,体系发生了杨-泰勒效应,能带重组,体系呈金属性,磁矩最大.对比光学性质发现,介电函数虚部、复折射率函数、吸收函数和光电导率函数实部均受到Li计量数的影响,扩大了电磁波的吸收范围,掺杂体系吸收峰具有明显的蓝移效应,Li计量数的改变使体系具有更宽的等离子体振荡范围而Li过量时等离子体共振频率最大.     

第一性原理计算Mn掺杂LiMgN新型稀磁半导体

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对纯LiMgN,Mn掺杂LiMgN,及Li过量和不足时Mn掺杂LiMgN的24原子超晶胞体系进行几何优化.分析体系的电子结构、磁性及光学性质.结果表明：Mn的掺入使体系产生自旋极化杂质带,表现出半金属性,且体系性质受Li计量数的影响.Li不足时体系的杂质带宽度减小,半金属性增强,净磁矩减小,居里温度降低.而Li过量时体系的半金属性减弱,杂质带宽度增大,带隙减小,导电能力增强,居里温度提高.光学性质分析发现由于Mn的掺入,体系在低能区出现新的介电峰,同时复折射率函数发生明显变化,体系对低频电磁波吸收加强,出现红移,且仅在Li不足时,能量损失减小且损失峰出现蓝移.     

新型稀磁半导体Mn掺杂LiZnAs的第一性原理研究

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LiZnAs, Mn掺杂的LiZnAs, Li过量和不足下Mn掺杂的LiZnAs体系进行几何结构优化, 计算并对比分析了体系的电子结构、半金属性、光学性质及形成能.结果表明新型稀磁半导体Li (Zn_0.875Mn_0.125) As, Li_1.1 (Zn_0.875Mn_0.125) As和Li_0.9 (Zn_0.875Mn_0.125) As均表现为100%自旋注入, 材料均具有半金属性, Li过量和不足下体系的半金属性明显增强. Li过量可以提高体系的居里温度, 改善材料的导电性, 使体系的形成能降低. 说明LiZnAs半导体可以实现自旋和电荷注入机理的分离, 磁性和电性可以分别通过Mn的掺入和Li的含量进行调控. 进一步对比分析光学性质发现, 低能区的介电函数虚部和复折射率函数明显受到Li的化学计量数的影响. 关键词： Mn掺杂LiZnAs 电子结构 光学性质 第一性原理     

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.     

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.     

Mn掺杂GaN稀磁半导体的电磁特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法计算了不同浓度Mn掺杂GaN(Ga1-xMnxN,x=0.0625和0.1250)的晶格常数、能带结构和态密度,分析比较了掺杂前后GaN的电子结构和磁性.结果表明:Mn掺入后体系仍为直接带隙半导体,带隙宽度随Mn含量的增加逐步增大.Mn掺杂GaN均使得N2p与Mn3d轨道杂化,产生自旋极化杂质带,自旋向上的能带占据费米面,掺杂后的Ga1-xMnxN表现为半金属铁磁性,适合自旋注入;随着Mn掺杂浓度的增加,体系的半金属性有所增强.     

Mn掺杂GaN稀磁半导体的电磁特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法计算了不同浓度Mn掺杂GaN（Ga1-xMnxN, x=0.0625和0.1250）的晶格常数、能带结构和态密度,分析比较了掺杂前后GaN的电子结构和磁性。结果表明：Mn掺入后体系仍为直接带隙半导体,带隙宽度随Mn含量的增加逐步增大。Mn掺杂GaN均使得N 2p与Mn 3d轨道杂化,产生自旋极化杂质带,自旋向上的能带占据费米面,掺杂后的Ga1-xMnxN表现为半金属铁磁性,适合自旋注入;随着Mn掺杂浓度的增加,体系的半金属性有所增强。     

Magnetic properties of diluted magnetic semiconductors

A review will be given of the magnetic characteristics of diluted magnetic semiconductors and the relation with the driving exchange mechanisms. II–VI as well as IV–VI compounds will be considered. The relevance of the long-range interaction and the role of the carrier concentration will be emphasized.     

稀磁半导体的制备与性质

报道了稀磁半导体的制备、性质与实验研究进展，介绍了稀磁半导体的应用及发展前景．     

Magnetic properties of Mn-doped ZnO diluted magnetic semiconductors

A series of Mn-doped ZnO films have been prepared in different sputtering plasmas by using the inductively coupled plasma enhanced physical vapour deposition. The films show paramagnetic behaviour when they are deposited in an argon plasma. The Hall measurement indicates that ferromagnetism cannot be realized by increasing the electron concentration. However, the room-temperature ferromagnetism is obtained when the films are deposited in a mixed argon-nitrogen plasma. The first-principles calculations reveal that antiferromagnetic ordering is favoured in the case of the substitution of Mn^2＋ for Zn^2＋ without additional acceptor doping. The substitution of N for O （NO^-） is necessary to induce ferromagnetic couplings in the Zn-Mn-O system. The hybridization between N 2p and Mn 3d provides an empty orbit around the Fermi level. The hopping of Mn 3d electrons through the empty orbit can induce the ferromagnetic coupling. The ferromagnetism in the N-doped Zn-Mn-O system possibly originates from the charge transfer between Mn^2＋ and Mn^3＋ via NO^-, The key factor is the empty orbit provided by substituting N for O, rather than the conductivity type or the carrier concentration.     

Mn掺杂ZnO稀磁半导体材料的制备和磁性研究

采用共沉淀方法制备了名义组分为Zn_1-xMn_xO(x=0.001,0.005,0.007,0.01)的Mn掺杂的ZnO基稀磁半导体材料,并研究了在大气气氛下经过不同温度退火后样品的结构和磁性的变化.结果表明：样品在600℃的大气条件下退火后, 仍为单一的六方纤锌矿结构的ZnO颗粒材料;当样品经过800℃退火后,Mn掺杂量为0.007,0.01的样品中除了ZnO纤锌矿结构外还观察到ZnMnO₃第二相的存在.磁性测量表明,大气条件下600℃退火后的样品,呈现出室温铁磁性;而800℃退火后的样品,其室温铁磁性显著减弱,并表现为明显的顺磁性.结合对样品的光致发光谱的分析,认为合成样品的室温铁磁性是由于Mn离子对ZnO中的Zn离子的替代形成的. 关键词： ZnO 掺杂 稀磁半导体 铁磁性     

THz spectroscopy of diluted magnetic semiconductors and semiconductor quantum structures in ultrahigh magnetic fields

Magneto-absorption spectra in ferromagnetic semiconductor In_1−xMn_xAs films and self-organized PbSe/PbEuTe quantum dot superlattices have been studied in the terahertz range at very high magnetic fields up to 500 T. Both heavy hole (HH) and light hole (LH) cyclotron resonance (CR) have been observed in bulk In_1−xMn_xAs thin films with different Mn concentrations. The detailed Landau level calculation in terms of the effective mass approximation well explained the CR peak positions, line shapes and the dependence of the circular polarization of the incident light on the CR spectra. In InMnAs/GaSb heterostructures that have higher ferromagnetic transition temperature (T_c) than the bulk samples, the observed HH and LH cyclotron masses are larger than that in the bulk thin films. We found that the CR peak position and its line shape suddenly change in the vicinity of the ferromagnetic transition temperature, suggesting the change in the electronic structure due to the ferromagnetic transition. Electron CR in PbSe/PbEuTe quantum dots has been observed and it was found that the effective mass of the electrons is considerably modified by the quantum confinement potential and the lattice strain around the dots. A large wavelength dependence of the absorption intensity was observed due to the interference effect of the radiation inside the sample.     

Photomaganetization in diluted magnetic semiconductors

Starting from a many–body Hamiltonian for a system of photogenerated electrons and holes, spin-split by magnetic ions in diluted magnetic semiconductors, we derive, presumably for the first time, an expression for the photomagnetization as a function of the photon power, frequency, excitonic interaction and the magnetic ion concentration. Damping of nonequilibrium carriers and spin excitons is considered phenomenologically. Our results agree qualitatively with some of the systematics of the photomagnetization observed in Hg _1?x Mn _x Te.     

Analysis of some magnetic properties of diluted magnetic semiconductors including long-range interactions

Specific heat, susceptibility and magnetization of four diluted magnetic semiconductors (Cd_1−xMn_xTe, Cd_1−xMn_xSe, Hg_1−xMn_xTe and Hg_1−x^- Mn_xSe) are analysed with a model which includes long-range interactions. Calculations based on an extended version of a nearest neighbour pair approximation yield a fair agreement with the experimental data. No adjustment of the statistical distributions of magnetic ions is found to be necessary.