稀磁半導體和稀土永磁材料的第一性原理計算.pdf

1、本論文主要利用第一性原理計算方法研究稀磁半導體。首先結(jié)合Monte Carlo方法研究了傳統(tǒng)的Co摻雜ZnO稀磁半導體。然后研究了新型的、用非磁性陽離子摻雜來得到的稀磁半導體，主要包括Cu摻雜AlN和Ag摻雜GaN這兩種體系。最后也介紹了摻雜對稀土永磁材料YCo<,5>磁特性的影響。論文的內(nèi)容具體安排如下： 1、首先介紹了自旋電子學、稀磁半導體的概念和稀磁半導體的研究概況。還詳細介紹了本論文所涉及的基本理論基礎(chǔ)——第一性原理計算

2、方法。包括：(1)第一性原理計算的理論基礎(chǔ)：密度泛函理論；(2)第一性原理計算的實現(xiàn)過程；(3)第一性原理計算程序包VASP。 2、其次，利用第一性原理計算得到Co摻雜ZnO的電子結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其具有穩(wěn)定鐵磁態(tài)的原因是由于它具有半金屬的能帶結(jié)構(gòu)。利用第一性原理計算得到的磁性耦合強度結(jié)合Monte Carlo計算，得到了三種不同摻雜濃度時的居里溫度。其中較高濃度情況下的居里溫度已經(jīng)超出室溫，故Co摻雜ZnO是有應用前景的稀磁半導體材料

3、。 3、然后，研究了利用非磁性原子Cu摻雜AlN得到的稀磁半導體。計算結(jié)果表明：Cu摻入AlN后變成自旋極化的，并通過p-d雜化相互作用使周圍的N離子也變成自旋極化的；這些雜化最終導致在所研究的濃度內(nèi)全部的Cu離子間形成穩(wěn)定的鐵磁性耦合。最后通過對比得出其居里溫度可以達到室溫或室溫以上。 4、接著，研究了具有半金屬性和強烈鐵磁性的Ag摻雜GaN稀磁半導體。計算結(jié)果表明：當Ag摻入GaN時，它變成是自旋極化的并帶有有限的磁

4、矩，最終導致體系具有穩(wěn)定的鐵磁性基態(tài)；Ag摻雜GaN具有半金屬電子結(jié)構(gòu)；在同樣的濃度條件下Ag摻雜GaN的磁性耦合強度比3d過渡金屬離子摻雜的GaN來得大。因此可以用比較低的摻雜濃度實現(xiàn)室溫鐵磁性，以避免或減輕傳統(tǒng)GaN稀磁半導體的“團簇問題”。 5、最后，研究了Fe，Ag摻雜對稀土永磁材料YCo<,5>磁特性的影響。發(fā)現(xiàn)：(1)摻雜會影響原胞的體積和幾何形狀：(2)當原胞的體積變化時Co的磁矩都出現(xiàn)了由高自旋態(tài)到低自旋態(tài)的轉(zhuǎn)變