Fe、Co摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體第一性原理研究.pdf

1、自旋電子器件由于同時具備電子的電荷屬性和自旋屬性，可以極大地提高信息的處理和傳輸速度，擴(kuò)展信息的存儲能力。ZnO稀磁半導(dǎo)體在自旋電子器件領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，因而研究和制備出具有高質(zhì)量的ZnO稀磁半導(dǎo)體已經(jīng)成為研究者關(guān)注的重點(diǎn)。到目前為止，無論是理論上還是實(shí)驗(yàn)上都對ZnO稀磁半導(dǎo)體進(jìn)行了大量的研究，并獲得了眾多有意義的研究成果，但是仍然存在很多問題需要研究者繼續(xù)去解決，比如研究結(jié)果不統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)重復(fù)性差、磁性起源機(jī)理存在爭議以及居里溫度

2、低等，這些問題都制約著它們的發(fā)展和應(yīng)用。與此同時ZnO在光學(xué)性質(zhì)方面也表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，因此有必要在研究其磁性的同時，對其光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究，以期待為同時具有優(yōu)異磁學(xué)特性和光學(xué)特性的電子器件的研究和制備提供重要的理論指導(dǎo)。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　?。?）構(gòu)建Fe單摻雜ZnO和Co單摻雜ZnO的模型，對它們的磁性和電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算和分析，其研究結(jié)果表明：在沒有其他雜質(zhì)元素或者缺陷引入的情況下，它們都不具備室溫鐵磁性。但是相對

3、于Fe單摻雜ZnO在基態(tài)時表現(xiàn)為反鐵磁態(tài)，Co單摻雜ZnO在基態(tài)時的磁穩(wěn)定性與摻雜原子的相對位置有關(guān)，既可能是反鐵磁態(tài)也可能是鐵磁態(tài)。要使它們能夠應(yīng)用于實(shí)際，就必須通過其他途徑對它們予以改性，使得它們具有室溫鐵磁性。多余電子形成的載流子對它們的鐵磁態(tài)具有重要的調(diào)控作用，因而考慮能否通過增加載流子濃度的方法使得它們具有室溫鐵磁性。
　　（2）構(gòu)建了Fe-In共摻雜ZnO和Co-In共摻雜ZnO的模型，計算和分析了它們的磁性和電子結(jié)構(gòu)

4、，其研究結(jié)果表明：它們都具有室溫鐵磁性，并且相對而言Co-In共摻雜ZnO的室溫鐵磁性強(qiáng)于Fe-In共摻ZnO，更利于的實(shí)際應(yīng)用。它們的磁性調(diào)控機(jī)理可以用多余載流子調(diào)控的雙交換機(jī)制來解釋，這里的多余載流子指的是自由電子。
　　（3）對In摻入前的單摻雜ZnO和In摻入后形成的共摻雜ZnO的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了計算和分析，其研究結(jié)果表明：相比于本征ZnO，它們的光學(xué)性質(zhì)都發(fā)生了明顯的變化：其一、雖然它們的吸收光譜仍然主要分布在紫外光區(qū)，但