Co掺杂GaSb电子结构和磁特性的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)框架下的第一性原理计算方法,研究了Co掺杂GaSb半导体的电子结构和磁特性,交换关联泛函采用局域密度近似(Local Density Approximation,LDA),通过U的引入对Ga-d电子和Sb-p电子的库仑作用势能进行修正,计算得到GaSb的禁带宽度和晶格常数与实验值相符.计算结果表明,Co替代Ga(Co@Ga)缺陷可以产生2μ_B的局域磁矩,而Co替代Sb(Co@Sb)缺陷对体系的局域磁矩没有贡献.Co@Ga产生局域磁矩之间的耦合为铁磁耦合,其居里温度的理论计算值高达410 K.对Co掺杂GaSb半导体的铁磁耦合机制进行了解释,为实验上制备GaSb基铁磁性半导体提供了理论依据.     

Co掺杂ZnO稀磁半导体的微观结构与磁学性质

用溶胶-凝胶方法制备了具有单一纤锌矿结构的Co掺杂ZnO稀磁半导体粉末样品.通过对样品的结构、元素价态、电学和磁学性质的分析,研究了样品室温铁磁性来源.研究结果表明,2次烧结的样品比1次烧结样品的磁化强度明显增强;观测到的铁磁性与ZnO本征缺陷(Zn空位)有关,铁磁性起源于局域化受主(Zn空位)之间的交换相互作用.     

钒氮和钒铝共掺杂ZnO电子结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的超软赝势法(USPP)并选择GGA-PW91交换关联势对V掺杂、(VN)共掺杂和(VAl)共掺杂ZnO进行了几何结构优化及最稳定结构的电子结构和差分电子密度计算.V掺杂、(VN)共掺杂和(VAl)共掺杂不同程度地影响了ZnO晶格常数,V掺杂ZnO表现铁磁性,(VN)共掺杂对体系铁磁稳定性没有改善作用,而(VAl)共掺杂由于电子载流子在双交换机制中起到了媒介作用使基体的铁磁性更稳定.     

Co离子注入对ZnO纳米棒物理性质的影响

采用离子注入方法对ZnO纳米棒阵列进行Co离子掺杂,对比分析未掺杂的和Co离子注入后的微观结构的变化.通过室温光致发光测试比较发现两类样品具有显著不同的结果,分析得出与离子注入后氧空位缺陷的增加有关.同时磁学性能的测试结果表明富含氧空位缺陷的掺杂后的样品有利于实现铁磁性.     

C掺杂ZnO稀磁半导体的磁特性研究

利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,研究C掺杂ZnO稀磁半导体的磁性质.发现ZnO∶C体系的磁性来源于C-p和Zn-d轨道之间的杂化,铁磁性产生的机制是以巡游电子为媒介的铁磁交换作用.富O环境下制备ZnO∶C样品能够更好地在室温下得到稳定的铁磁有序.     

Cr掺杂BN半金属铁磁性的第一性原理计算

在广义梯度近似下(GGA)采用第一性原理平面波赝势方法,对Cr掺杂的闪锌矿稀磁半导体(DMS)B1-xCrxN(x=0.062 5,0.125)的电子结构和磁性进行了研究.结果表明掺入磁性过渡金属Cr后的BN明显呈现出显著的半金属特征,Cr原子在较小的掺杂浓度下构成了中间带隙的深层能级,使得原胞中Cr原子的局域磁矩约3μB,并且不随杂质浓度变化而改变.在B1-xCrxN(x=0.125)体系多种替位构形中,N220型的Cr-Cr铁磁耦合态最稳定,其铁磁性主要是由双交换机制引起,这对在半导体工业中实现自旋载流子注入具有一定的理论价值.     

基于第一性原理的Co掺杂的BaTiO_3室温多铁性研究

基于密度泛函理论的第一性原理,计算并研究了Co掺杂的BaTiO_3材料的电子结构及磁特性.研究表明,对于单个Co掺杂的没有氧空位的情况下,Co离子没有净磁矩,总的态密度无带隙存在,因而无法实现多铁性.在考虑Co离子、氧空位(Ov)同时存在的情况下,氧空位位于掺杂的Co离子的最近邻形成Co-Ov集团结构时最稳定.此外,为了研究掺杂对体系的磁相互作用的影响,在体系中引入了各种不同构型下的2对Co-Ov集团.研究表明:2对Co-Ov集团更趋向于沿着自发极化(c轴)方向线性排列;由总的态密度可知,体系的带隙存在,从而可以实现铁电性.通过第一性原理计算的方法,不仅研究了氧空位在Co掺杂的BaTiO_3材料中实现多铁性所起的重要作用,能很好地解释了实验现象;而且为在常规铁电材料中通过掺杂的方法实现多铁性提供了一条有效途径.     

V掺杂AlN的电子结构和铁磁性质研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,对V掺杂AlN的电子结构和铁磁性质进行了研究.结果表明,V掺杂后,由于V 3d与N 2p轨道杂化在半导体能隙中产生自旋极化杂质带,材料表现出半金属铁磁性,其磁矩主要来自以V原子为中心的VN4四面体.另外,通过对V掺杂AlN的铁磁稳定性的研究发现,V原子之间为铁磁耦合时体系处于稳定的基态,并且有围绕N原子形成团簇的趋势,随着V原子间距离的增加,体系FM和AFM态的能量将趋于简并.     

锆酸锶掺Co后磁性质的第一性原理研究

本文使用在位库仑作用、局域密度近似下的投影缀加平面波方法,计算了钙钛矿材料锆酸锶(SrZrO3)正交相掺Co前后的晶体结构、电子能带结构及掺Co后的磁性质.结果表明:当Co-Co之间的间距L为0.4097nm,即最近邻,且体系为铁磁构型时对应的总能最低,表明Co掺杂进入钙钛矿B位后,容易出现Co离子的团簇聚集,出现铁磁性;电子能带结构图显示Co部分替代Zr4+后变为Co4+(3d5),相对于标准化合价的Co3+(3d6),有一条空的d轨道未占据,又由于掺杂Co后其d轨道与近邻O的p轨道有强烈杂化,有部分Co的d轨道及O的部分p轨道越过价带进入带隙,在0~2.60eV之间,自旋向上出现3条Co 3d能带,自旋向下出现7条Co 3d能带,且导带底向低能移动;部分Co离子替代钙钛矿B位的Zr4+后,体系出现磁性,由于Co离子形式化合价为+3,替代Zr4+后,这种空穴掺杂将在价带顶引入空的掺杂能级;态密度结果表明该能级为Co4+离子部分空的d轨道,通过O的p轨道,造成体系中Co3+、Co4+离子的出现,而它们之间的双交换耦合使得体系出现铁磁性.     

Co和Ag掺杂对TiO2的改性作用研究

利用基于密度泛函理论和平面波赝势的第一性原理计算方法,研究Co和Ag分别掺杂金红石型TiO2的电子结构与磁性能.结果表明,Co原子掺杂TiO2后,掺杂原子沿c轴排列时体系最稳定,同时表现出铁磁性.Ag和Co的掺杂都对TiO2的能带结构产生影响,从而减小了带隙.研究结果可望用于优化设计具有稀磁半导特性和可见光催化特性的复合功能材料.     

Co掺杂ZnO薄膜的结构及光磁性能研究

采用溶胶-凝胶旋涂法在玻璃衬底上制备了Zn1-xCoxO(x=0,0.01,0.03,0.05,0.08,0.12)薄膜.利用显微镜和X射线衍射(XRD)研究了ZnO:Co薄膜的表面形貌和微结构.结果表明,所有ZnO薄膜样品都存在(002)择优取向,尤其是当掺杂浓度为12%时,薄膜c轴择优取向最为显著.振动样品磁强计(VSM)测量表明Zn1-xCoxO薄膜具有室温铁磁性.室温光致发光测量发现,所有样品的PL谱中都出现了较强的蓝光双峰发射和较弱的绿光发射,分析认为这主要是由于Co元素的掺入改变了薄膜的禁带宽度、锌填隙缺陷和氧位错缺陷浓度,其中长波长的蓝光峰和绿光峰都能够通过掺杂进行控制.基于上面的测量结果,探讨了不同波段光发射的机理与掺杂状态之间的关系.     

过渡金属掺杂ZnO纳米线结构、电子性质和磁性质

本文采用密度泛函理论系统地研究了过渡金属原子Co和Ni单掺杂和双掺杂ZnO纳米线的结构、电子性质和磁性质.所有掺杂纳米线的束缚能都为负值,表明掺杂过程是放热的. Co原子趋于占据纳米线中间位置,而Ni原子趋于占据纳米线表面位置.所有掺杂纳米线能隙都小于纯纳米线能隙,并显示出直接带隙半导体特性.纳米线的总磁矩主要来源于磁性原子的贡献. Co掺杂纳米线出现了铁磁和反铁磁两种耦合状态;而Ni掺杂纳米线出现了铁磁、反铁磁和顺磁三种耦合状态.     

Fe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地研究了Fe原子单掺杂和双掺杂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,说明掺杂过程是放热的.计算结果显示Fe原子趋于占据纳米线表面位置.纳米线的总磁矩主要来源于Fe原子3d轨道的贡献.由于杂化,相邻的O原子也产生了少量自旋.在超原胞内,Fe、O原子磁矩平行排列,表明它们之间是铁磁耦合.表面掺杂纳米线显示出半导体特性,而中间掺杂纳米线显示出半金属性,在自旋电子学领域有广泛应用.     

Influence of Al doping on the crystal structure,optical properties,and photodetecting performance of ZnO film

The structural,optical,and electrical properties of undoped and Al-doped ZnO films deposited on p-Si(001)substrate were studied using DC-unbalanced magnetron sputtering.This study is motivated by the absence of detail reports concerning the orbital states inducing the optical bandgap(E_g) blueshift.Besides,the influences of Al on the possible modification of point defect and the photodetecting performance are highlighted to offer guidelines for better development in ZnO-based photodetector.It was found that the Al doping reduced the grain size.The doping increased the lattice parameters and slightly decreased the local-symmetry distortion at ZnO_4.From the absorbance spectra,the doping increased Eg of ZnO film(3.28-3.36 eV),induced by the Burstein-Moss effect.From the density-functional calculation,the Burstein-Moss effect induced E_g from the valence band maximum(VBM) to Fermi level located above the lowest Zn 4s conduction state.From the photoluminescence spectra,the undoped film showed the transitions from O vacancy,Zn interstitial,and free-exciton states to the VBM.The doped film showed the transitions from Zn interstitial to O interstitial and few Zn vacancy states at the cost of O vacancies.Moreover,the energy level of free-exciton states slightly decreased.Notably,O interstitials increased the lattice parameters.From the electrical properties,the doping enhanced the ultraviolet-region photo-to-dark-current ratio up to 3.044 V,leading to the photodetecting sensitivity enhancement.This study emphasizes the significant effect of Al doping on the optical absorbance,point-defect evolution,and photodetecting performance of ZnO film for low-voltage ultraviolet photodetector applications.     

Co掺杂对Zn1-xCoxO稀磁半导体光学性质的影响

溶胶-凝胶法制备了Co掺杂的ZnO基稀磁半导体,研究其粉体和薄膜的结构和光学特性.X射线衍射结果表明Co2 随机替代Zn2 位置进入ZnO晶格,并引起晶格常数的变化.紫外-可见透射光谱表明样品的禁带宽度随着Co掺杂浓度的增大呈现非单调变化规律,低浓度掺杂样品的光学带隙随掺杂浓度增大而减小(红移),这是由于Co2 替代Zn2 ,局域d电子与能带电子之间的sp-d交换耦合引起的.     

Enhancement of magnetism of Zn0.95Co0.05O films by p-type Cu+ doping

Organic solar cells withμ-oxo-bridged gallium phthalocyanine dimer(GaPc dimer) and fullerene were produced by an evaporation method.A device based on the GaPc dimer provided a conversion efficiency of 4.2×10~(-3)%,which is better compared to a device based on phthalocyanine monomer.Dimerization effect was discussed with a molecular orbital calculation,and the crystalline phases of the present solar cells were investigated by X-ray diffraction.Further improvement of the efficiency was discussed on the bas...     

Cu/Al共掺ZnO光学性质的第一性原理计算

利用Material Studio2017软件中基于密度泛函理论的CASTEP模块,仿真建立2×2×2的ZnO超晶胞,在相同情况下用不同比例的Cu/Al(Cu-Al、2Cu-Al和Cu-2Al)替换超晶胞中的Zn原子,得到Zn_1－x－yCu_xAl_yO体系,对本征ZnO和各掺杂体系ZnO的电子结构和光学性质进行了第一性原理计算.结果表明:上述各掺杂体系在低能区的光吸收均发生红移,体系为简并半导体.可针对ZnO的不同用途,通过控制Cu/Al掺杂比来提高该体系在可见光范围内的光吸收或光透射.在可见光范围内,Zn_{0.812 5}Cu_0.125Al_{0.062 5}O体系的光吸收最强,可用于制作太阳能电池板的光电极材料等;Zn_{0.812 5}Cu_{0.062 5}Al_0.125O体系的透光率高,可用于制作高透光ZnO半导体薄膜.     

氧化锌薄膜的制备及掺Co2+对结构和性能的影响

采用溶胶-凝胶方法在Si(111)衬底上制备了ZnO:Co氧化锌薄膜,利用X射线衍射(XRD)仪和振动样品磁强计(VSM)分别测试了样品的结构和磁性.实验表明,采用溶胶-凝胶方法制备的掺Co2+氧化锌薄膜具有(002)峰的择优取向,同时ZnO:Co薄膜在室温情况下呈现出铁磁性.     

掺杂对Al(111)面氧分子吸附性能影响

为了揭示掺杂对Al(111)面O2吸附性能影响规律。采用基于密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）的第一性原理计算方法,通过构建模型以及设置计算参数,计算得到了不同O原子覆盖度下Ni、Mn、Si掺杂对应Al(111)面吸附O2的吸附能、功函、Bader电荷、差分电荷密度、以及态密度。研究表明：当氧原子覆盖度较低情况下,纯铝表面吸附能绝对值最大,转移电子数最多,原子之间存在相互作用并主要由最外层电子轨道决定。当氧原子覆盖度增大至3/8时,掺杂表面吸附能大于纯铝表面,掺杂促进了Al(111)面吸附氧分子。结果表明：Al(111)面吸附氧分子的能力不仅与掺杂元素有关,还与各表面O原子的覆盖度有关,当O原子覆盖度较低时,Mn、Si、Ni掺杂抑制了O2吸附,当覆盖度较高时,Ni、Mn、Si掺杂促进了O2吸附。