BN基稀磁半導(dǎo)體的第一性原理計(jì)算.pdf

1、隨著半導(dǎo)體自旋電子學(xué)(spintronics)迅猛發(fā)展，稀磁半導(dǎo)體的研究逐漸成為研究的熱點(diǎn).研究表明，稀磁半導(dǎo)體(DMSs)可以在同一器件上同時(shí)利用電子的電荷對(duì)信息的處理和利用電子的自旋來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息進(jìn)行存儲(chǔ).具有較高的居里溫度，在室溫下能夠具有鐵磁性的半導(dǎo)體，才是理想的稀磁半導(dǎo)體，這樣才能有更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域.但目前的實(shí)驗(yàn)效果不十分顯著且重復(fù)性差，大多數(shù)的研究是從理論上對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析的.
　　 隨著計(jì)算機(jī)的技術(shù)不斷發(fā)展，其性能

2、不斷地提高，通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)新型功能性材料并進(jìn)行模擬計(jì)算已成為可能.本文就是通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，對(duì)BN基稀磁半導(dǎo)體的磁性進(jìn)行了預(yù)測(cè)，為實(shí)驗(yàn)提供理論參考.
　　 本文基于密度泛函理論采用第一性原理方法，首先對(duì)本征BN晶胞的幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化及電子結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了計(jì)算，所得的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果極為相似的，并為后面計(jì)算有B空位或N空位的BN及過(guò)渡金屬摻雜BN的計(jì)算提供了良好的設(shè)置參數(shù).計(jì)算表明，理想的本征BN體系不存在自旋極化態(tài)，沒(méi)有磁性.采用超

3、原胞的方法建立含有空位的BN模型，對(duì)模型進(jìn)行了幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化，對(duì)其電子結(jié)構(gòu)、態(tài)密度進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明，無(wú)論含B空位還是含N空位的BN都存在自旋極化態(tài)，BN都具有鐵磁性.當(dāng)B空位時(shí)，計(jì)算超原胞的磁矩為0.96μB，磁性主要來(lái)源于空位周圍的4個(gè)N原子的2p軌道上的電子;當(dāng)N空位時(shí)，磁矩大小為1.04μB，磁性與空位周圍的四個(gè)B原子的2s和2p軌道上的電子有關(guān).通過(guò)計(jì)算表明:B空位的形成能小于N空位的形成能.
　　 同樣采用超原胞

4、的方法搭建了Cr、Mn、Cu、Pd四種金屬分別摻雜BN的體系模型.計(jì)算表明這四種體系中都存在自旋極化態(tài)，都具有半金屬性和鐵磁性.計(jì)算出四種體系的磁矩大小是不同的:Cr摻雜BN體系超原胞的總磁矩為2.98μB，Cu摻雜BN體系的超原胞總磁矩為2.06μB，Mn摻雜BN體系的超過(guò)原胞總磁矩為6.10μB，Pd摻雜BN體系超原胞的總磁矩為3.08μB，其磁性來(lái)源主要是由于p-d電子雜化引起的.但在Cr、Mn、Cu摻雜的體系中，其磁性的來(lái)源主要