稀磁半導體新材料的電子結構與自旋調控研究.pdf

1、中國科學技術大學博士學位論文稀磁半導體新材料的電子結構與自旋調控研究姓名：劉慶華申請學位級別：博士專業(yè)：同步輻射及應用指導教師：韋世強20091001摘要離子進入ZnO晶格并占據了Zn離子位。電子結構計算表明樣品中的本征缺陷Zn空位在價帶項形成一雜質能級調制產生室溫鐵磁性。而對于由感應耦合等離子體增強化學氣相沉積制備的Zno96Mno040：N共摻雜薄膜樣品，XANES結果表明Mn和N摻雜進入ZnO晶格，且分別占據了Zn和O離子的位置。

2、電子結構分析表明Mn3d和N2p態(tài)強烈雜化增強了磁交換作用，從而誘導Mn離子之間由反鐵磁耦合轉變?yōu)殍F磁耦合。2IIIV族稀磁半導體的結構和磁性研究利用XANES和第一性原理計算研究了IIIV族稀磁半導體Gal_xMnxN(x=0010，O025，0100)薄膜中Mn離子的局域結構、電子結構、以及磁性耦合。XANES結果表明在低Mn摩爾濃度的Gao990MnooloN樣品中，Mn原子替代了GaN中的Ga位以替位Mno。形式存在。當Mn濃度

3、增加到0025時，部分Mn原子處于被四個Ga所包圍的間隙位MnI，并與替位Mn形成了MilG。MnI二聚體。當Mn離子濃度進一步增加到0100時，樣品中的Mn離子主要是以Mn團簇的形式存在。第一性原理計算表明，間隙位Mn在GaN中的形成能較高，因此低濃度下Mn主要以替位式存在。隨著摻雜濃度增加，替代位Mn的3d態(tài)和間隙位Mn的3d態(tài)之間發(fā)生強烈雜化，降低了摻雜原子的形成能，因此樣品中出現MnG。Mnl二聚體。理論計算結果與實驗結果相一致

4、。3IV族稀磁半導體的結構和磁性理論研究用密度泛函理論系統(tǒng)的研究了Mn摻雜IV族Si基稀磁半導體的原子結構、電子結構、以及磁性耦合。結果表明Mn原子在Si摻Mn稀磁半導體中趨向于聚集。能量計算結果表明四面體間隙位Mn(Mn7’)通過中介替位Mn(Mnsi)原子的調制作用聚集在一起，形成熱力學穩(wěn)定的Mn丁MnsiMn7’型復合體。Mnsi和Mn7’之間強烈的正d交換作用誘導體系中所有的Mn原子相互鐵磁性耦合，因此顯著的增強了材料的鐵磁性。