稀磁半導(dǎo)體新材料的電子結(jié)構(gòu)與自旋調(diào)控研究.pdf

1、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文稀磁半導(dǎo)體新材料的電子結(jié)構(gòu)與自旋調(diào)控研究姓名：劉慶華申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：同步輻射及應(yīng)用指導(dǎo)教師：韋世強(qiáng)20091001摘要離子進(jìn)入ZnO晶格并占據(jù)了Zn離子位。電子結(jié)構(gòu)計(jì)算表明樣品中的本征缺陷Zn空位在價(jià)帶項(xiàng)形成一雜質(zhì)能級(jí)調(diào)制產(chǎn)生室溫鐵磁性。而對(duì)于由感應(yīng)耦合等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備的Zno96Mno040：N共摻雜薄膜樣品，XANES結(jié)果表明Mn和N摻雜進(jìn)入ZnO晶格，且分別占據(jù)了Zn和O離子的位置。

2、電子結(jié)構(gòu)分析表明Mn3d和N2p態(tài)強(qiáng)烈雜化增強(qiáng)了磁交換作用，從而誘導(dǎo)Mn離子之間由反鐵磁耦合轉(zhuǎn)變?yōu)殍F磁耦合。2IIIV族稀磁半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)和磁性研究利用XANES和第一性原理計(jì)算研究了IIIV族稀磁半導(dǎo)體Gal_xMnxN(x=0010，O025，0100)薄膜中Mn離子的局域結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、以及磁性耦合。XANES結(jié)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(dāng)Mn濃度

3、增加到0025時(shí)，部分Mn原子處于被四個(gè)Ga所包圍的間隙位MnI，并與替位Mn形成了MilG。MnI二聚體。當(dāng)Mn離子濃度進(jìn)一步增加到0100時(shí)，樣品中的Mn離子主要是以Mn團(tuán)簇的形式存在。第一性原理計(jì)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(qiáng)烈雜化，降低了摻雜原子的形成能，因此樣品中出現(xiàn)MnG。Mnl二聚體。理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致

4、。3IV族稀磁半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)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(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、以及磁性耦合。結(jié)果表明Mn原子在Si摻Mn稀磁半導(dǎo)體中趨向于聚集。能量計(jì)算結(jié)果表明四面體間隙位Mn(Mn7’)通過中介替位Mn(Mnsi)原子的調(diào)制作用聚集在一起，形成熱力學(xué)穩(wěn)定的Mn丁MnsiMn7’型復(fù)合體。Mnsi和Mn7’之間強(qiáng)烈的正d交換作用誘導(dǎo)體系中所有的Mn原子相互鐵磁性耦合，因此顯著的增強(qiáng)了材料的鐵磁性。