新型稀磁半导体Fe掺杂LiZnP的光电性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算法研究了新型稀磁半导体Li_(1±)_y(Zn_(1-)_xFe_x)P (x=0, 0.0625;y=0, 0.0625)的电子结构、磁性及光学性质.结果表明,Fe的掺入使体系产生自旋极化杂质带,Fe的3d态与Li2s态,Zn4s态以及P3p态的态密度峰在费米能级处出现重叠,产生sp-d轨道杂化,此时体系净磁矩最大,材料表现出金属性,导电性增强.当Li空位时,导电性减弱,但杂质带宽度最大,居里温度最高.而Li填隙时,体系形成能最低,材料变为半金属性,表现为100%自旋注入,表明掺杂体系的磁性和电性可以分别通过Fe的掺入和Li的含量进行调控.对比光学性质发现,Li空位时,在介电函数虚部和复折射率函数的低能区出现新峰,扩大了对低频电磁波的吸收范围.能量损失函数表明掺杂体系具有明显的蓝移效应,且Li填隙时有更强的等离子共振频率.     

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。     

第一性原理计算Cu-Cr共掺AlN稀磁半导体

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,结合广义梯度（GGA）近似对Cr单掺AlN和Cu-Cr共掺AlN的32原子超原胞体系进行几何结构优化,计算它们的晶格常数,能带结构,电子态密度以及光学性质.结果表明Cr单掺AlN和Cu-Cr共掺AlN均表现为半金属性质,带隙变窄,且Cu-Cr共掺体系自旋极化作用较Cr单掺强,材料表现出良好的铁磁性.共掺杂后,光吸收的范围增宽,体系对长波吸收加强,能量损失明显减小.     

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.     

Cu-Co共掺杂ZnO光电性质的第一性原理计算

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了本征ZnO,Cu 1021cm-3单掺杂ZnO,Co单掺杂ZnO,Cu-Co共掺杂ZnO的电子结构和光学性质.结果表明,在本文掺杂浓度数量级下,Cu,Co单掺杂可以提高ZnO的载流子浓度,从而改善ZnO的导电性,Cu-Co共掺杂时ZnO半导体进入简并状态,呈现金属性.这三种掺杂ZnO均会在可见光和近紫外区域出现光吸收增强现象,其中由于Cu离子与Co离子之间的协同效应,Cu-Co共掺杂ZnO对太阳光的吸收大幅增加,因此Cu-Co共掺杂ZnO可以用于制备高效率的太阳电池.     

过渡金属与碳共掺ZnO磁光学性质的第一性原理研究

采用密度泛函理论第一性原理超软赝势的方法,计算了过渡金属与C共掺杂ZnO的磁学和光学性质. 计算结果表明,共掺杂均导致费米能级发生移动,掺杂体系共价性强弱发生变化,且共掺杂更有利于高居里温度铁磁性半导体的实现;为了进一步分析掺杂体系的磁学性质,研究了其铁磁态与反铁磁态的能量差、空间电荷和自旋密度分布．各种类型掺杂体系在高能区的光学性质与纯净ZnO几乎一致,而在低能区却存在较大差异,结合电子结构定性解释了光学性质的变化.     

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.     

Lu-Eu共掺杂Ga2O3的光电性质的第一性原理计算

宽禁带半导体β-Ga₂O₃因为具有优良的物理化学性能而成为研究热点.本文基于DFT(Density Functional Theory)的第一性原理方法,先采用PBE(Perdew-Burke-Ernzerhof)中的GGA(Generalized Gradient Approximation)和GGA+U(Generalized Gradient Approximation-Hubbard U)的方法计算了本征β-Ga₂O₃,Lu掺杂浓度为12.5%的β-Ga₂O₃及Lu-Eu共掺杂浓度为25%的β-Ga₂O₃结构的晶格常数、能带结构和体系总能量.发现采用GGA+U的方法计算的带隙值更接近实验值,于是采用GGA+U的方法计算了本征β-Ga₂O₃,Lu掺杂的β-Ga₂O₃以及Lu-Eu共掺杂的β-Ga₂O...     

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     

Cu,O共掺杂AlN晶体电子结构与光学性质研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法对纯Al N,Cu单掺杂以及Cu与O共掺杂Al N超胞进行了几何结构优化,计算了掺杂前后体系的晶格常数、能带结构、态密度与光学性质.结果表明:掺杂后晶格体积增大,系统能量下降;Cu掺入后Cu 3d电子与N 2p电子间有强烈的轨道杂化效应,Cu与O共掺后Cu和O之间的吸引作用克服了Cu原子之间的排斥作用,能够明显提高掺杂浓度和体系的稳定性.光学性质分析中,介电函数计算结果表明Cu与O共掺杂能改善Al N电子在低能区的光学跃迁特性,增强电子在可见光区的光学跃迁;复折射率计算结果显示Cu与O掺入后由于电磁波穿过不同的介质,导致折射率发生变化,体系对低频电磁波吸收增加.     

稀磁半导体(Ga1-xFex)As的电子结构,磁性及其稳定性的第一性原理研究

采用基于第一性原理的紧束缚近似线性muffin-tin轨道(TB-LMTO-ASA)的方法,在原子球近似的基础上计算了均匀掺杂的稀磁半导体(Ga1-xFex)As在各掺杂浓度下(x=1,1/2,1/4和1/8)的总能量,由能量最低原理得到其在各稳定点的晶格常数,磁性及相应态密度.计算结果表明了(Ga1-xFex)As的晶格常数随掺杂浓度的增大而减小,在各掺杂浓度下(除x=1)样品都是反铁磁态的,Fe 3d和As 4p之间杂化是引起样品电子结构和磁性变化的主要原因.     

GGA+U方法研究不同浓度Cr掺杂对TiO2的磁性和光学性质的影响

本文采用基于第一性原理的GGA+U方法,计算研究了本征态锐钛矿TiO2和不同浓度Cr掺杂锐钛矿TiO2(1/8、1/16、1/32)的电子结构、磁性及光学性质。计算结果表明：所有掺杂体系中Ti0.9375Cr0.0625O2的结合能最小,因此Ti0.9375Cr0.0625O2体系的稳定性要高于Ti0.875Cr0.125O2、Ti0.96875Cr0.03125O2体系;Cr元素的掺入导致掺杂后体系发生晶格畸变,这有利于光生空穴和电子对的分离,提高其光催化性能;同时,由于Cr-3d和O-2p电子相互作用,使得掺杂体系呈现出铁磁性质,并且随着掺杂浓度的增加会使体系具有更好的铁磁性质;掺杂体系与本征TiO2相比,掺杂后吸收带边均发生红移,光谱响应范围变大;并且随掺杂浓度的增加,光响应范围也在增大,从而有效增强了体系对于可见光的吸收能力。     

Magnetic properties of co-doped SnO2 diluted magnetic semiconductors

Polycrystalline samples of Sn_1−xCo_xO₂ are prepared for x=0.02, 0.05 and 0.10. They all exhibit room temperature ferromagnetism with decrease in saturation magnetization with increase in doping. The magnetization data recorded at 85 K, 295 K and 400 K for x ≥ 0.05 could be analyzed in terms of bound magnetic polaron model and the typical polaron concentration at room temperature is found to be in the order of 10²¹ per m⁻³.     

Structures,stabilities,and magnetic properties of the Fe_nAu(n=1-12) clusters

The configurations,stabilities,electronic,and magnetic properties of Fe_nAu(n = 1–12) clusters are investigated systematically by using the relativistic all-electron density functional theory with the generalized gradient approximation.The substitutional effects of Au in Fe_(n+1)(n = 1,2,4,5,10–12) clusters are found in optimized structures which keep the similar frameworks with the most stable Fe_(n+1)clusters.And the growth way for Fe_nAu(n = 6–9) clusters is that the Au atom occupies a peripheral position of Fen cluster.The peaks appear respectively at n = 6 and 9 for Fen Au clusters and at n = 5 and 10 for Fe_(n+1)clusters based on the size dependence of second-order difference of energy,implying that these clusters possess relatively high stabilities.The analysis of atomic net charge Q indicates that the charge always transfers from Fe to Au atom which causes the Au atom to be nearly non-magnetic,and the doped Au atom has little effect on the average magnetic moment of Fe atoms in Fen Au cluster.Finally,the total magnetic moment is reduced by 3 μB for each of Fen Au clusters except n = 3,11,and 12 compared with for corresponding pure Fe_(n+1) clusters.     

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.