ZnO和ZnS基半金屬鐵磁體的第一性原理研究.pdf

1、本文利用基于密度泛函理論（DFT）的全勢線性綴加平面波（FPLAPW）方法對本征非磁性元素碳摻雜的閃鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化鋅和鈦摻雜的硫化鋅的電子結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)進(jìn)行了研究。
　　 我們發(fā)現(xiàn)碳摻雜閃鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化鋅具有半金屬鐵磁性，當(dāng)碳在其中的摻雜比例為6.25％時，體系的總磁矩是2.00μB，其磁矩主要來源于摻雜的碳原子上，與碳原子最近鄰的鋅原子和次近鄰的氧原子也有一定的貢獻(xiàn)。此外，我們還發(fā)現(xiàn)碳摻雜的閃鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化鋅是一種p型鐵磁半導(dǎo)體

2、材料。通過對碳摻雜閃鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化鋅的鐵磁穩(wěn)定性的研究，我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)碳原子之間的距離較近時碳原子之間易于形成順磁團(tuán)簇，不利于鐵磁性的形成，而當(dāng)碳原子之間的摻雜距離適宜時，可以得到半金屬鐵磁體，因此在實(shí)驗(yàn)上制備該材料時應(yīng)采取一些措施避免碳原子的團(tuán)簇現(xiàn)象，最后對其鐵磁性的形成機(jī)制進(jìn)行了分析。
　　 其次，我們也對鈦摻雜的硫化鋅的電子結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)進(jìn)行了研究，通過理論計算我們發(fā)現(xiàn)，對于鈦摻雜的硫化鋅體系具有明顯的鐵磁性。當(dāng)鈦在硫化鋅中的

3、摻雜比例為6.25％時，體系的總磁矩是2.00μB，其磁矩主要來自于摻入的鈦原子的磁矩。通過對鈦摻雜硫化鋅的鐵磁穩(wěn)定性的研究我們發(fā)現(xiàn)，體系傾向于形成穩(wěn)定的鐵磁性基態(tài)，其鐵磁相互作用可以用自由離子調(diào)制的雙交換作用來解釋。
　　 由于鋅、氧、硫、碳以及鈦均是無磁性的元素，而且它們之間所形成的二元化合物也都不具有磁性，所以對于碳摻雜的閃鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化鋅以及鈦摻雜的硫化鋅的磁性均是材料的本征性，不存在磁性雜質(zhì)相的問題，因此它們將在自旋電