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文檔簡介
1、采用基于密度泛函理論的第一性原理方法,本文系統(tǒng)研究了過渡金屬Mn原子摻雜的半導(dǎo)體ZnS(110)和(111)表面的電子結(jié)構(gòu)和磁性性質(zhì)。由于Mn原子之間存在磁致耦合的情況,我們分別計算了單個Mn原子和兩個Mn原子的摻雜組態(tài)。選取的摻雜模型均為替位式摻雜,即Mn原子取代ZnS表面不同位置的Zn原子。計算并分析了各摻雜組態(tài)的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)、摻雜形成能、體系總磁矩和Mn原子的局域磁矩、電荷密度、總態(tài)密度以及Mn原子3d軌道,Zn原子的3d軌道和最
2、近鄰S原子3p軌道的分波態(tài)密度。結(jié)果表明:
(1)ZnS(110)表面,當單個原子摻雜時,Mn原子替位于表面第二層的Zn原子時,體系形成能最低,表明該層是最穩(wěn)定的摻雜位置。此時摻雜引入的總磁矩近似等于5μB。當兩個Mn原子摻雜時,Mn與Mn之間呈反鐵磁耦合作用時,體系最穩(wěn)定,且Mn原子幾何配位的變化對體系總磁矩影響很小。
(2)對于ZnS(111)表面,當單個原子摻雜時,Mn原子替位于表面第一層的Zn原子時,體系形成
3、能最低,表明該層是最穩(wěn)定的摻雜位置。此外,體系總磁矩的大小隨Mn原子摻雜的位置不同而不同。當兩個Mn原子摻雜時,Mn與Mn之間呈短程鐵磁耦合作用時,體系形成能最低。這種耦合作用是由Mn原子,Zn原子與最近鄰S原子之間的雜化作用引起的。此時體系的居里溫度達到469K,超過了室溫,表明Mn摻雜ZnS(111)表面的材料可以用來制作稀磁半導(dǎo)體,即是自旋電子器件的候選物。
無論是(110)還是(111)表面,Mn原子的摻雜,引入的鍵長
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