ZnS(111)表面掺杂Mn的电子结构和磁性的第一性原理研究

应用基于密度泛函理论的第一性原理,研究Mn原子掺杂在ZnS(111)表面的电子结构和磁性.对于单原子的掺杂组态,替位表面第一层的Zn原子时体系形成能最低,说明该层是最稳定的掺杂位置.体系总磁矩取决于Mn原子的局域环境.而对于双掺杂组态,当Mn与Mn之间呈短程铁磁耦合作用时体系最稳定.这可由Mn原子和近邻S原子的p-d杂化作用解释.此时,体系的居里温度估算值为469 K,明显高于室温,具有理论指导意义.Mn原子和受主半导体之间的相互作用是自旋极化产生的主要原因.计算结果表明,该掺杂材料可以很好的用来制作稀磁半导体,具有良好的应用前景.     

Mn掺杂的ZnS(001)表面的电子态特性

利用第一性原理计算Mn在ZnS(001)表面上几种掺杂位置的形成能、局域分波态密度和磁矩.对Mn在ZnS(001)表面上的三种位置的形成能进行比较,得到两种填隙位置是非常稳定的掺杂位置.分析ZnS(001):Mn各种再构表面的电子态密度和电荷密度分布.结果表明,三种表面模型中,自旋向上的Mn原子的3d态和近邻S原子的3p态都有一定的杂化,并且替代掺杂的Mn和邻近S原子的p-d杂化最明显,形成的共价键最强.而自旋向下的Mn原子的3d态比较局域,受S原子的3p态影响较小.计算了三种掺杂表面的磁矩,并分析计算结果.     

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。     

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.     

(GaMn)As体系中Mn无序对其电子结构及磁性影响的第一性原理研究

关键词：     

ZnS(110)表面原子几何与电子特性的计算

用总能量最小方法，确定了ZnS(110)表面的原子几何结构，得到与弹性低能电子衍射实验相符的结果．利用格林函数的散射理论方法，计算了题ZnS(110)表面的电子结构，与第一性原理的计算结果进行了比较．讨论了晶格弛豫对表面电子特性的影响． 关键词：     

Mn掺杂对ZnO∶Mn薄膜结构特性的影响

利用射频磁控溅射方法在玻璃衬底上室温沉积了一系列不同Mn掺杂的ZnO∶Mn薄膜。结合Raman光谱,XRD谱和SEM分析了ZnO∶Mn薄膜的结构特性。Raman拟合结果显示,在Mn摩尔分数从0增加到5.6%的过程中,ZnO∶Mn薄膜始终保持着六角纤锌矿结构;随着Mn掺杂浓度的增大,437 cm-1和527 cm-1位置上的Raman散射峰出现红移现象,说明Mn掺杂量的增加导致晶格更加无序,缺陷增多;当Mn摩尔分数达到15.8%时,647 cm-1处的Raman散射峰出现,暗示了MnO的产生,同时薄膜结晶质量变差。这一结论也得到了XRD和SEM结果的支持。     

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     

(Ga,Mn)As 体系中Mn自补偿效应的第一性原理研究

基于密度泛函理论的赝势平面波方法计算了处于填隙位置磁性原子(MnI)对(Ga,Mn) As体系电子结构和磁性的影响. 计算结果表明MnI在GaAs中是施主；代替Ga位的MnGa 与MnI的自旋按反铁磁序排列；静电相互作用使MnGa，MnI倾向于形成MnGa_MnI对. MnI的存在一方面补偿了(Ga,Mn)As中的空穴，降低了空穴浓度；同时还使邻近的MnG a失活. MnI的存在对获得高居里温度的(Ga,Mn)As是极为不利的. 关键词： (Ga Mn)As 稀磁半导体 密度泛函理论     

C掺杂Mn3Ge的电子结构和磁性

采用第一性原理计算方法研究C掺杂对Mn₃Ge的影响.对Mn_3-xGeC_x的晶体结构进行几何优化,发现C原子最稳定的掺杂位置在正八面体的中心位置.研究其电子结构和总磁矩随C掺杂量的变化,发现总磁矩随着C浓度的增加先减小后增大,其中Mn₃GeC_0.4总磁矩接近零,可以实现完全的磁性补偿.研究Mn₃GeC_0.4多层膜的磁性,给出总磁矩接近零的Mn₃GeC_0.4多层膜结构,为Mn₃Ge的实际应用提供参考.     

I掺杂金红石TiO$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;(110)面的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理研究了I掺杂金红石TiO₂（110）表面的形成能和电子结构,分析了不同掺杂位置的结构对TiO₂光催化性能的影响. 计算表明,氧化环境下I最容易替代掺杂表面五配位的Ti,而还原环境下最容易替代掺杂表面的桥位氧. I替位Ti或I替位O都能降低禁带宽度,可能使TiO₂吸收带出现红移现象或产生在可见光区的吸收,其中I替位桥位氧的禁带宽度最小. 吸收光谱表明,I掺杂不仅能提高TiO₂可见光响应,同时可增加紫外光的吸收能量,提高其可见光及紫外光下的光催化性能. 关键词： 第一性原理 I掺杂 2(110)')" href="#">金红石相TiO₂(110) 光催化     

First-Principles Studies for the Electronic Structures of Diluted Magnetic Semiconductors (Ga, Fe)As

First-principles LMTO-ASA band calculations are performed for Ga1-xFexAs (x = 1, 1/4, 1/8) by assuming supercell structures. It is found that the antiferromagnetic (AFM) state is stable for x = 1/4. For x = 1/8, ferromagnetic(FM) state is more stable than AFM state, and no stable magnetic state exists for x = 1. In both the cases the magneticmoments of As and Ga atoms are parallel to those of the nearest Fe atoms due to the p-d hybridization. Further, theband structure shows rather localized Fe 3d state in the gap, and the parallel polarization is confined rather in thevicinity of Fe site.     

Co掺杂(ZnO)12团簇的结构和磁性质

采用第一性原理密度泛函理论系统地研究Co原子单掺杂和双掺杂(ZnO)₁₂团簇的结构和磁性质.考虑三种掺杂方式:替代掺杂,外掺杂和内掺杂.首先比较各种掺杂团簇的稳定性.结果表明,不管是单掺杂还是双掺杂,外掺杂团簇都是最稳定结构.在结构优化的基础上,对掺杂的(ZnO)₁₂团簇进行磁性计算.发现团簇磁矩主要来自Co-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原子也产生少量自旋.Co原子之间的磁性耦合由直接的Co-Co反铁磁耦合和Co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决定.研究发现外双掺杂团簇存在铁磁耦合,在纳米量子器件有潜在的应用价值.     

氧在Nb(110)表面吸附的第一性原理研究

通过第一性原理赝势平面波方法研究了氧在Nb(110)表面的吸附性质随覆盖度变化规律. O在Nb(110)表面最稳定吸附位是洞位,次稳定吸附位是长桥位. 在长桥位吸附时, O诱导Nb(110)表面功函数随覆盖度的增加而几乎线性增加;但当O在洞位吸附时, 与干净Nb表面相比, 覆盖度为0.75 ML和1.0 ML时功函数增加, 而覆盖度为0.25 ML和0.5 ML时功函数减小.通过对面平均电荷密度分布和偶极矩变化的讨论, 解释了由吸附导致功函数复杂变化的原因.通过对表面原子结构和态密度分析, 讨论了O在Nb表面吸附时引起表面原子结构变化以及O和Nb(110)表面原子的相互作用.     

First-Principles Studies for the Electronic Structures of Diluted Magnetic Semiconductors （Ga, Fe）As

First-principles LMTO-ASA band calculations are performed for Ga1-xFezAs (x = 1, 1/4, 1/8) by assuming supercell structures. It is found that the antiferromagnetic (AFM) state is stable for x = 1/4. For x = 1/8, ferromagnetic (FM) state is more stable than AFM state, and no stable magnetic state exists for x = 1. In both the cases the magnetic moments of As and Ga atoms are parallel to those of the nearest Fe atoms due to the p-d hybridization. Fhrther, the band structure shows rather localized Fe 3d state in the gap, and the parallel polarization is confined rather in the vicinity of Fe site.     

Curie温度附近稀磁半导体(Ga,Mn)As的电学噪声谱性质

建立了自发噪声谱测量系统来研究稀磁半导体（Ga,Mn）As的电学噪声性质.通过测量（Ga,Mn）As材料的自发噪声谱,发现（Ga,Mn）As的自发涨落会随温度升高而逐渐增大,同时,外加磁场会降低（Ga,Mn）As的自发涨落,这来源于外加磁场导致的（Ga,Mn）As磁畴部分有序化.此外,不同频率的噪声随温度的变化规律有很大差异：当频率低于30 kHz的时候,噪声谱和温度的变化关系和热噪声很相似,但数值上明显大于热噪声的值;当频率在30 kHz左右的时候,噪声大小和温度成线性关系;当频率大于30 kHz以后,在相变点附近噪声大小和温度的关系出现了明显的转折,高频高温噪声的大小和热噪声的理论值非常接近.这些结果有助于深入理解（Ga,Mn）As磁性起源的物理机制. 关键词： 自旋电子学 稀磁半导体 自发涨落谱     

Magnetic properties of Mn-doped GaN with defects: ab-initio calculations

According to first-principles density functional calculations,we have investigated the magnetic properties of Mn-doped GaN with defects,Ga 1-x-y V Gx Mn y N 1-z-t V Nz O t with Mn substituted at Ga sites,nitrogen vacancies V N,gallium vacancies V G and oxygen substituted at nitrogen sites.The magnetic interaction in Mn-doped GaN favours the ferromagnetic coupling via the double exchange mechanism.The ground state is found to be well described by a model based on a Mn 3+-d 5 in a high spin state coupled via a double exchange to a partially delocalized hole accommodated in the 2p states of neighbouring nitrogen ions.The effect of defects on ferromagnetic coupling is investigated.It is found that in the presence of donor defects,such as oxygen substituted at nitrogen sites,nitrogen vacancy antiferromagnetic interactions appear,while in the case of Ga vacancies,the interactions remain ferromagnetic;in the case of acceptor defects like Mg and Zn codoping,ferromagnetism is stabilized.The formation energies of these defects are computed.Furthermore,the half-metallic behaviours appear in some studied compounds.     

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.