單層SnSe-過渡金屬界面及摻雜SnSe薄膜的電子結(jié)構(gòu).pdf

1、硒化錫作為一種化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，含量豐富的半導(dǎo)體材料，具有多重激子效應(yīng)，其直接帶隙和間接帶隙滿足光學(xué)帶隙的要求，被廣泛的用于存儲(chǔ)開關(guān)、太陽能電池、傳感器和光探測(cè)器等光學(xué)電子器件的研究中。也正是硒化錫的這一特性使人們忽視了它在金屬半導(dǎo)體結(jié)和稀磁半導(dǎo)體方面的潛在性能。本文運(yùn)用第一性原理計(jì)算方法研究過渡金屬Ag、Au、Ta與單層SnSe的界面性質(zhì)和摻雜SnSe的電子結(jié)構(gòu)和磁學(xué)性質(zhì)，其主要內(nèi)容如下:
　　1)過渡金屬Ag、Au、Ta與單層Sn

2、Se形成金屬半導(dǎo)體結(jié)計(jì)算結(jié)果表明相比于自由單層SnSe，形成結(jié)后SnSe的結(jié)構(gòu)受到較小地影響。過渡金屬與SnSe在界面處產(chǎn)生較強(qiáng)的相互作用，導(dǎo)致SnSe由半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變成金屬。界面平均電勢(shì)差值A(chǔ)V表明SnSe與Ag、Au、Ta形成的結(jié)中，SnSe/Ta接觸是制備肖特基結(jié)的良好材料。另外，自由單層SnSe與這三種結(jié)接觸后將形成兩種不同類型的平面電流結(jié)構(gòu)，其中SnSe/Ag結(jié)中將形成n型平面電流結(jié)構(gòu)，而在SnSe/Au和SnSe/Ta結(jié)中將形成

3、p型平面電流結(jié)構(gòu)。
　　2)過渡金屬摻雜在雙層SnSe界面的研究結(jié)果表明金屬Ni未能在摻雜體系中引入磁性，而金屬V、Cr、Mn、Fe、Co摻雜體系均呈磁性基態(tài)，摻雜體系的磁矩主要由過渡金屬的3d軌道所貢獻(xiàn)。過渡金屬摻入雙層SnSe后，過渡金屬3d軌道失去自旋向上的電子，而其3d軌道從4s軌道得到自旋向下的電子，從而導(dǎo)致了過渡金屬原子磁矩的減小。Ni摻雜體系的磁性沒有發(fā)生變化，且?guī)稖p小0.54eV。除Ni摻雜的體系外，其他摻雜體系

4、的費(fèi)米能級(jí)處均出現(xiàn)了自旋極化現(xiàn)象，其中Mn和Co摻雜體系在費(fèi)米能級(jí)處的自旋極化值為100％。這意味著Mn和Co摻雜的體系是制各自旋電子器件的良好材料。
　　3)過渡金屬原子摻雜單層SnSe的研究結(jié)果表明V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni均可以在摻雜體系中穩(wěn)定存在。由于Se原子與過渡金屬原子之間很強(qiáng)的p-d耦合作用，導(dǎo)致過渡金屬原子周圍的Se原子的4p軌道產(chǎn)生了較強(qiáng)的自旋極化。除此之外，過渡金屬原子周圍的Sn原子5s、5p軌道也產(chǎn)生了

5、較為明顯的自旋極化。過渡金屬原子的五重簡(jiǎn)并3d軌道劈裂成三重簡(jiǎn)并的a1態(tài)和二重簡(jiǎn)并的a2態(tài)。V、Cr、Fe、Co和Ni摻雜的體系在費(fèi)米能級(jí)處出現(xiàn)了不同程度的自旋極化，其中Cr(Fe)摻雜的體系在費(fèi)米能級(jí)處的自旋極化值為100％(97％)，而Mn摻雜的體系仍為半導(dǎo)體。摻入SnSe的兩個(gè)過渡金屬原子之間存在磁性耦合鏈，兩個(gè)TM原子3d軌道上的電子可以通過兩個(gè)TM原子之間的Se-4p和Sn-5s、5p軌道相互跳躍。摻雜體系鐵磁基態(tài)的穩(wěn)定性取決