掺杂氮化铝中局域磁矩的第一性原理计算

理想的稀磁半导体具有良好的室温铁磁性,氮化铝(AlN)稀磁半导体虽然具有宽的带隙和透光性,但由实验重复性差等原因,一直未得到广泛的应用.采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算掺杂硼(B)的AlN中局域磁矩的变化规律.通过分析电子结构发现,掺杂B后的AlN稀磁半导体中出现了明显的局域磁矩,其大小为2μB.     

Fe掺杂In2O3薄膜的微结构与磁、输运性能

采用磁控溅射方法制备Fe掺杂In2O3基稀磁半导体(DMS)薄膜.通过XRD、XPS和XANES分析,确定Fe掺杂In2O3薄膜中没有出现Fe团簇以及Fe的氧化物第二相,Fe元素是以Fe2+和Fe3+的形式共同存在.通过输运特性ρ-T和HALL分析确定Fe掺杂In2O3薄膜的载流子浓度约4×1018cm-3,且Fe的掺杂并未改变In2O3的半导体属性.SQUID磁性测试显示Fe掺杂In2O3样品具有明显的室温铁磁性,铁磁性可以由束缚磁极子模型或双交换机制来解释.     

过渡金属掺杂的Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2黄铜矿电磁性质的第一性原理研究

应用自旋极化的第一性原理对过渡金属(TM=V、Cr、Mn、Fe、Co和N i)掺杂的CuGaSe2和CuGaS2进行研究.计算结果表明:Cr和Mn掺杂的I-III-VI2稀磁半导体(DMS)表现为铁磁性质,而V、Fe、Co和Ni掺杂时表现为反铁磁性质.对稀磁半导体的磁矩研究,其结果符合一条简单的规律:当磁性离子3d的t2g轨道完全被占据时,磁性离子的磁矩比理论的期望值小;当磁性离子3d的t2g轨道处于全空时,磁性离子的磁矩比理论的期望值大;而当磁性离子3d的t2g轨道处于部分被占据时,磁性离子的磁矩与理论值的差距主要取决于晶体的对称性和磁性离子的状态.     

过渡金属掺杂的I-III-VI_2黄铜矿电磁性质的第一性原理研究

应用自旋极化的第一性原理对过渡金属(TM=V、Cr、Mn、Fe、Co和N i)掺杂的CuGaSe2和CuGaS2进行研究.计算结果表明:Cr和Mn掺杂的I-III-VI2稀磁半导体(DMS)表现为铁磁性质,而V、Fe、Co和Ni掺杂时表现为反铁磁性质.对稀磁半导体的磁矩研究,其结果符合一条简单的规律:当磁性离子3d的t2g轨道完全被占据时,磁性离子的磁矩比理论的期望值小;当磁性离子3d的t2g轨道处于全空时,磁性离子的磁矩比理论的期望值大;而当磁性离子3d的t2g轨道处于部分被占据时,磁性离子的磁矩与理论值的差距主要取决于晶体的对称性和磁性离子的状态.     

多空位缺陷和硼氮杂质对锯齿型石墨烯纳米带电子结构的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究多空位缺陷和掺杂对对称性锯齿型石墨烯纳米带(ZGNRs)的电子结构的影响.研究结果表明,具有相同位置的多空位缺陷或氮掺杂的对称性ZGNR显示了半金属特性,而硼掺杂的对称性ZGNR显示了半导体性质.石墨烯纳米带的锯齿形边缘上和空位缺陷处都存在自旋极化的电子态,并且边缘上电子自旋呈反铁磁性排列.具有多空位缺陷的ZGNR磁矩依赖于带宽、空位缺陷的构型以及空位缺陷与边缘的距离,从而磁矩随着带宽的增加呈现震荡效应.这种特殊的缺陷和掺杂效应可用来设计新颖的自旋电子器件.     

碳掺杂二氧化钛的稀磁特性

作为新型材料的稀磁半导体(DMS)在大规模集成电路、高频率器件和光电子器件等方面得到广泛的运用.这主要源于稀磁半导体(DMS)同时具备半导体的电学性质和磁性材料的磁学性质.采用放电等离子烧结(SPS)制备了碳纳米管掺杂的锐钛矿相二氧化钛和未掺杂锐钛矿相二氧化钛样品,样品的结构、形貌、成分、氧空位和磁性等物理性质分别通过XRD,TEM,Raman,XPS,PL,VSM等表征手段进行了分析.综合实验结果,发现氧空位的存在和室温铁磁性正相关.     

Ni掺杂AlN铁磁性的第一性原理研究

采用密度泛函理论(DFT)的总体能量的平面波超软赝势方法,结合广义梯度近似(GGA),对Ni掺杂AlN32原子超原胞体系分别进行了几何结构优化,计算和分析了Ni掺杂AlN的结构、能带、电子态密度、集居数及体系总能.结果表明,Ni掺杂AlN会产生自旋极化,能带结构显示6.25%Ni掺杂AlN呈现半金属性质,有铁磁性,铁磁性可以用Ni和相邻的N之间的p-d杂化机制来解释.Ni掺杂的AlN应该是一种有应用前景的稀磁半导体DMS.     

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.     

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.     

Zn_(0.93)Co_(0.07)O纳米薄膜材料的磁性机制研究

采用磁控溅射方法制备了氮掺杂的Zn0.93Co0.07O系列和Al掺杂的Zn0.93Co0.07O薄膜样品,系统研究了样品的结构、形貌及磁学性能,讨论了样品中铁磁性的产生机制.实验结果表明:所制备的薄膜样品均为单一的纤锌矿结构,没有检测到其他物相.薄膜的表面生长均匀,并观测到清晰的磁畴结构.磁性测量结果表明所有的样品均呈现室温铁磁性,样品的饱和磁化强度随着Al含量的增加而增加,随着氮含量的增加而降低.我们认为在Co掺杂的ZnO稀磁半导体中,铁磁性相互作用是通过电子作为载流子来传递的.     

Zn0.93Co0.07O纳米薄膜材料的磁性机制研究

采用磁控溅射方法制备了氮掺杂的Zn0.93Co0.07O系列和Al掺杂的Zn0.93Co0.07O薄膜样品,系统研究了样品的结构、形貌及磁学性能,讨论了样品中铁磁性的产生机制．实验结果表明：所制备的薄膜样品均为单一的纤锌矿结构,没有检测到其他物相．薄膜的表面生长均匀,并观测到清晰的磁畴结构．磁性测量结果表明所有的样品均呈现室温铁磁性,样品的饱和磁化强度随着Al含量的增加而增加,随着氮含量的增加而降低．我们认为在Co掺杂的ZnO稀磁半导体中,铁磁性相互作用是通过电子作为载流子来传递的．     

Al和氧空位对ZnO:Co稀磁半导体磁性质的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Al共掺杂和氧空位缺陷对Co掺杂ZnO磁性质的影响,发现Al原子共掺杂引入的自由电子载流子会稳定体系的反铁磁性从而减弱Co原子间的铁磁性交换,而氧空位缺陷束缚的电子载流子对提高体系的铁磁性具有积极的作用.氧空位引入的电子载流子部分转移到Co原子和近邻Zn原子,形成以电子载流子为媒介的Co原子间的耦合作用,稳定体系的铁磁态,增强Co原子间的交换耦合作用.     

N掺杂SiC薄膜的制备及磁有序

采用磁控溅射技术制备了N掺杂SiC薄膜,利用X线衍射仪、傅里叶红外光谱仪、物理特性测试系统对薄膜成分、结构、磁性进行了表征.结果表明,N掺杂SiC薄膜具有室温铁磁性,N掺杂含量对薄膜的室温铁磁性具有很大的影响,薄膜室温铁磁性可能是由于N替代C来控制Si空位缺陷的电荷态和自旋极化产生的.     

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.     

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.     

不同氧流量对多孔氧化铪薄膜磁性的影响

采用直流磁控溅射法制备有序多孔氧化铪(HfO_2)薄膜,讨论了不同氧流量制备条件所得样品的室温铁磁性.氧流量为4.67×10~(-8 ) m~3/s时,制备态HfO_2薄膜的饱和磁化强度(M_s)值可高达58 kA/m.实验结果表明,不同氧流量制备条件所获得的薄膜样品,因氧空位的浓度的不同其室温铁磁性有明显差异.该研究有助于理解非掺杂氧化物室温铁磁性的来源,也提出了一种可以改变HfO_2中氧空位缺陷的浓度的方法,为改善其性能提供了一种有效的途径.     

Cu1-x Cox InTe2稀磁半导体的制备及磁学、光学性质

采用真空电弧熔炼技术制备Cu_1-xCo_xInTe₂(Co元素掺杂比x=0, 0.1, 0.2, 0.3)稀磁半导体。利用X射线衍射仪(XRD)、振动样品磁强计(VSM)和紫外可见近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)分别表征样品的晶体结构、磁学性质和光学性质。研究表明:4种稀磁半导体中主相均为Cu_1-xCo_xInTe₂,具有四方结构,空间群为I42d。掺杂的Co原子与Cu原子共同占据4a(0, 0, 0)晶位,In原子占据4b(0, 0, 1/2)晶位,Te原子占据8d(x, 1/4, 1/8)晶位。Cu_1-xCo_xInTe₂呈现室温铁磁性,其室温磁化遵循Langevin模型,随着x的增加,其饱和磁化强度增大。调控Co掺杂量,可以提高Cu_1-xCo_xInTe₂稀磁半导体的光吸收带宽E_g,使其具有太阳能光伏材料的应用可能性。     

半导体电热膜的研究

对稀土掺杂和复合稀土氧化物半导体电热膜的制备和薄膜特性进行了研究，并和ＳｎＯ２电热膜进行了研究对比，讨论了新型半导体电热膜的掺杂效应和电阻随的变化规律及导电机理。     

Cu掺杂BN磁性的第一性原理计算

利用LDA+U进行优化,在广义梯度近似下(GGA)采用第一性原理平面波赝势方法,对Cu掺杂的闪锌矿稀磁半导体B0.9375Cu0.0625N的电子结构和磁性进行研究.结果表明,Cu掺杂BN会产生自旋极化状态,能带结构显示半金属性质,掺杂后带隙变窄,计算所得磁矩为2.06μB,其铁磁性的形成主要是p-d电子杂化,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.     

Ti,Mn,Fe掺杂的GaN纳米管的电子结构及磁学性质

采用基于自旋极化密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,结合广义梯度近似(GGA)研究了3d过渡金属(TM=Ti,Mn,Fe)掺杂的zigzag型单壁GaN纳米管的电子结构及磁学性质.结果表明,Ti,Mn掺杂的GaN纳米管呈现反铁磁性,而Fe掺杂的单壁GaN纳米管则表现出铁磁性.同时从态密度的分析可以看出,过渡金属的3d电子与跟它最近邻的N原子的2p电子具有强烈的杂化作用,这是体系具有磁性的原因.