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ZnS纳米管结构和磁性质

采用第一性原理密度泛函理论系统研究Cr原子单掺杂和双掺杂单壁ZnS纳米管的结构和磁性质.研究发现掺杂纳米管的形成能比纯纳米管的形成能低,说明掺杂过程是放热的.单掺杂纳米管的总磁矩主要来自Cr原子3d态的贡献.结果表明Cr原子掺杂单壁ZnS纳米管趋向于铁磁态.但铁磁态和反铁磁态的能量差仅为0.036 eV.为获得室温铁磁性,我们用一个C原子替代掺杂体系中的一个S原子.计算发现铁磁态的能量比反铁磁态低0.497eV.表明此掺杂体系可能获得室温铁磁性.     

V掺杂ZnO团簇的结构和磁性质

本文采用第一性原理密度泛函理论系统的研究了V原子单掺杂和双掺杂(ZnO)_(12)团簇的结构和磁性质.我们考虑了三种掺杂方式:替代掺杂,外掺杂和内掺杂.单掺杂时,替代掺杂团簇是最稳定结构,而对于双掺杂,外掺杂团簇是最稳定结构.团簇磁矩主要来自V-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原子上也产生少量自旋.V原子掺杂团簇的总磁矩与掺杂位置有关,说明V掺杂(ZnO)_(12)团簇在可调磁矩的磁性材料领域有潜在应用价值.     

V掺杂ZnO团簇的结构和磁性质

本文采用第一性原理密度泛函理论系统的研究了V原子单掺杂和双掺杂(ZnO)12团簇的结构和磁性质。我们考虑了三种掺杂方式：替代掺杂,外掺杂和内掺杂。单掺杂时,替代掺杂团簇是最稳定结构,而对于双掺杂,外掺杂团簇是最稳定结构。团簇磁矩主要来自V-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原子上也产生少量自旋。V原子掺杂团簇的总磁矩与掺杂位置有关,说明V掺杂(ZnO)12团簇在可调磁矩的磁性材料领域有潜在应用价值。     

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.     

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.     

氧化锌/硫化锌异质纳米线结构和电子性质比较研究

用第一性原理方法系统研究氧化锌/硫化锌超晶格纳米线和核壳结构纳米线的结构和电子性质.结构优化后,氧化锌/硫化锌异质结构纳米线和纯氧化锌或硫化锌纳米线结构相似.对于两种异质结构纳米线,能带结构显示他们都是直接带隙半导体.对于氧化锌/硫化锌超晶格纳米线,随着径向厚度的增加,能带变的越来越水平.对于核壳结构纳米线,分波态密度显示它们都是Ⅱ型异质结构.研究有助于理解这类异质结构纳米线以及它们在电子发动机及光伏设备方面的应用.     

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     

Fe掺杂ZnSe团簇结构和磁性质

采用密度泛函理论研究了Fe原子单掺杂和双掺杂(ZnSe)12团簇的结构、电子性质和磁性质.我们考虑了三种掺杂方式:替代掺杂,外掺杂和内掺杂.单掺杂时,外掺杂团簇是最稳定结构;而双掺杂时,内掺杂团簇是最稳定结构.团簇磁矩主要来自Fe-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Se原子上也产生少量自旋.不同掺杂团簇的总磁矩不同,在可调磁矩的磁性材料领域有潜在应用价值.     

Co掺杂碲化锌团簇结构和磁性质

本文采用第一性原理密度泛函理论系统的研究了Co原子单掺杂和双掺杂(ZnTe)12团簇的结构和磁性质。考虑了两种掺杂方式：替代掺杂和间隙掺杂。不管是单掺杂还是双掺杂,间隙掺杂团簇都是最稳定结构。Co掺杂团簇的磁性依赖于Co原子周围环境。最重要的是,我们指出替代双掺杂团簇是铁磁耦合,在纳米量子器件领域有潜在的应用价值。     

Electronic and magnetic properties of single-wall GeC nanotubes filled with iron nanowires

Under GGA, the structural, electronic and magnetic properties of single-wall (8, 8) GeC nanotubes filled with iron Fe_n nanowires (n = 5, 9, 13 and 21) have been investigated systematically using the first-principles PAW potential within DFT. We find that the initial shapes of the Fe₅@(8, 8), Fe₉@(8, 8) and Fe₁₃@(8, 8) systems are preserved without any visible changes after optimization. But for the Fe₂₁@(8, 8) system, the initial shapes are distorted largely for both nanowire and nanotube. The binding processes of Fe_n@(8, 8) systems are exothermic, and Fe₅@(8, 8) system is the most stable structure. The pristine (8, 8) GeCNT is nonmagnetic and direct semiconductor with a wide band gap of about 2.65 eV. Projected densities of states onto different shell Fe atoms show that the separation between the bonding and antibonding d states is reduced as going from the core Fe atom to the outermost shell Fe atom. The spin polarization of the Fe_n@(8, 8) systems and free-standing nanowires are higher than that in bulk Fe. And the spin polarization generally decreases with the number n of the Fe atoms increasing for both the Fe_n@(8, 8) systems and free-standing nanowires. Both the largest spin polarization value itself and not more decrease with respect to value of free-standing Fe₅ nanowire suggest the Fe₅@(8, 8) system could be of interest for the use in electron spin injection. The magnetism is mainly confined within the inner Fe nanowire for these combined systems. More importantly, the Fe₅ nanowire encapsulated inside (8, 8) GeCNT is under the protection of the GeCNT to prevent from oxidation, thus may stably exist in atmosphere for long time and can be expected to have potential applications in building nanodevices.     

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.     

Cr掺杂ZnSe团簇稳定性和磁性质

本文采用密度泛函理论研究了Cr原子单掺杂和双掺杂(ZnSe)_(12)团簇的结构、电子性质和磁性质.考虑了三种掺杂方式:替代掺杂,外掺杂和内掺杂.单掺杂时,外掺杂团簇是最稳定结构,而对于双掺杂,内掺杂团簇是最稳定结构.团簇磁矩主要来自Cr-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Se原子上也产生少量自旋.结果显示Cr原子间的磁性耦合是短程相互作用.     

Co掺杂碲化锌团簇结构和磁性质

本文采用第一性原理密度泛函理论系统的研究了Co原子单掺杂和双掺杂(ZnTe)12团簇的结构和磁性质。考虑了两种掺杂方式：替代掺杂和间隙掺杂。不管是单掺杂还是双掺杂,间隙掺杂团簇都是最稳定结构。Co掺杂团簇的磁性依赖于Co原子周围环境。最重要的是,我们指出替代双掺杂团簇是铁磁耦合,在纳米量子器件领域有潜在的应用价值。     

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.