V摻雜ZnO的第一性原理研究.pdf

1、稀磁半導(dǎo)體能夠同時(shí)利用電子的電荷和自旋來(lái)處理和存儲(chǔ)信息,在磁學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。由于以ZnO為母體材料的稀磁半導(dǎo)體有可能實(shí)現(xiàn)較高的摻雜濃度和高于室溫的鐵磁性,所以人們對(duì)ZnO基稀磁半導(dǎo)體開(kāi)展了廣泛的研究。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理方法,研究了ZnO和過(guò)渡金屬元素V摻雜ZnO體系的幾何結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、磁學(xué)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)。
　　 分別計(jì)算了V占據(jù)Zn位、O位和間隙位的形成能、幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu),結(jié)果表明

2、,V替代Zn位的形成能最小,并且富鋅條件更利于這種摻雜的實(shí)現(xiàn)。未摻雜的ZnO是典型的直接帶隙半導(dǎo)體,摻雜V原子后,ZnO的能帶結(jié)構(gòu)在費(fèi)米能級(jí)附近發(fā)生了劈裂,具有較高的自旋極化率。
　　 通過(guò)對(duì)不同V摻雜濃度(6.25％、8.3％、12.5％)的ZnO體系的計(jì)算,我們發(fā)現(xiàn),V原子的摻雜濃度對(duì)體系的磁性影響不大,磁矩主要由V原子貢獻(xiàn)。體系中的V原子趨向于形成V的團(tuán)簇,基態(tài)磁耦合是鐵磁態(tài),是由RKKY磁相互作用機(jī)制導(dǎo)致的。對(duì)含有本征缺