殼層摻雜硅納米線的第一性原理研究.pdf

1、一維硅納米線因其較大的表面體積比、較高的各向異性、特殊的結(jié)構(gòu)而具有與傳統(tǒng)的體硅材料完全不同的特性。又因其能與當(dāng)前半導(dǎo)體硅技術(shù)良好的兼容，因此得到了研究者的極大關(guān)注。摻雜和引入缺陷是調(diào)制硅納米線電子性質(zhì)的重要手段。通過(guò)不同元素、不同位置的修飾，可以極大地改變硅納米線中載流子的濃度以及硅納米線自身的結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生新奇的物理性質(zhì)。摻雜改性的硅納米線在納米電子器件、自旋電子器件等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。
　　本文采用基于密度泛函理論的第一

2、性原理計(jì)算方法，對(duì)具有殼層結(jié)構(gòu)的橫截面為重疊五邊形和重疊六邊形的硅納米線進(jìn)行了3d過(guò)渡金屬(Mn, Fe, Co, Ni)原子的摻雜研究。通過(guò)基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算，對(duì)具有該類(lèi)殼層結(jié)構(gòu)硅納米線的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、電學(xué)性質(zhì)、磁矩進(jìn)行了系統(tǒng)研究。能量計(jì)算結(jié)果表明，所有研究的結(jié)構(gòu)包括邊緣摻雜、中心摻雜以及外殼層摻雜的硅納米線都可以穩(wěn)定存在，且采用中心摻雜的結(jié)構(gòu)具有最高的穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)能帶的分析，我們研究的所有摻雜體系均呈現(xiàn)金屬性，而且金屬

3、性隨著摻雜原子的濃度增大而提高。通過(guò)穿過(guò)費(fèi)米能級(jí)的能帶數(shù)目反映的電導(dǎo)通道，發(fā)現(xiàn)隨著摻雜原子數(shù)目的增加電導(dǎo)通道增加，硅納米線的金屬性增強(qiáng)。而且通過(guò)自旋極化計(jì)算發(fā)現(xiàn)穿過(guò)費(fèi)米能級(jí)的上下自旋的能帶數(shù)不同，說(shuō)明這些一維硅納米線結(jié)構(gòu)具有明顯的鐵磁性。通過(guò)Bade r電荷分析，發(fā)現(xiàn)除摻雜M n外，電子均是從硅原子轉(zhuǎn)移到過(guò)渡金屬原子；并且在單個(gè)過(guò)渡金屬原子內(nèi)部，電子從4s軌道向3d/4p軌道轉(zhuǎn)移。3d軌道未成鍵電子數(shù)減少以及每個(gè)軌道內(nèi)部(4s,3d,4