氧化鋅基稀磁半導(dǎo)體材料電子結(jié)構(gòu)的第一性原理研究.pdf

1、近年來(lái)，基于對(duì)電子自旋的產(chǎn)生、輸運(yùn)、控制等性質(zhì)的研究，產(chǎn)生了一門新興的學(xué)科——自旋電子學(xué)。由自旋電子學(xué)發(fā)展而來(lái)的自旋電子器件可以同時(shí)利用電子的電荷和自旋屬性，可以突破傳統(tǒng)電子學(xué)所面臨的量子力學(xué)瓶頸，實(shí)現(xiàn)信息的傳遞、處理、儲(chǔ)存于一體，受到了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。
　　 氧化鋅（Zinc Oxide，ZnO）是一種寬禁帶II-VI族化合物半導(dǎo)體，在傳輸場(chǎng)效應(yīng)管、發(fā)光二級(jí)管、太陽(yáng)能電池等光電子器件領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。ZnO基稀磁半導(dǎo)體材料

2、（DMS）由于它的理論預(yù)測(cè)居里溫度在室溫以上而被廣泛關(guān)注，但是如何實(shí)現(xiàn)ZnO基DMS中雜質(zhì)和缺陷的調(diào)制，以及如何解釋材料中磁性的起源問(wèn)題等方面，一直以來(lái)都沒(méi)有統(tǒng)一的觀點(diǎn)，這是ZnO基DMS沒(méi)有被實(shí)際應(yīng)用的主要瓶頸。
　　 本文利用基于密度泛函理論的全電勢(shì)線性綴加平面波方法對(duì)ZnO基DMS的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：
　　 1.在采用LDA+U近似對(duì)Zn-3d態(tài)電子的能量位置進(jìn)行修正的基礎(chǔ)上，對(duì)本征Zn

3、O材料的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算分析，并通過(guò)與LDA近似以及GGA近似的計(jì)算結(jié)果比較，我們發(fā)現(xiàn)LDA+U近似還原了Zn-3d電子的局域性，使Zn的d態(tài)電子和O的p態(tài)電子都局域在原子周圍。以此我們能夠更好地研究ZnO中p-d電子之間的耦合作用。這也說(shuō)明了LDA+U是研究ZnO等強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系的一個(gè)非常有效的工具。我們對(duì)ZnO的成鍵性質(zhì)在高壓作用下的變化進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)隨著壓力的增大，Zn-O鍵離子性增大，成鍵強(qiáng)度減弱。
　　 2.對(duì)ZnO

4、的光學(xué)性質(zhì)做了研究，發(fā)現(xiàn)纖鋅礦（B4相）和閃鋅礦（B3相）ZnO的介電函數(shù)形狀和峰值位置都比較接近，而巖鹽結(jié)構(gòu)（B1相）的介電函數(shù)與前兩者差異較大，這主要是由于B1相ZnO屬于六配位體，而B(niǎo)4相和B3相ZnO都屬于四配位體的原因。在高壓作用下，介電函數(shù)的光譜向高能方向移動(dòng)，由于體系中電子結(jié)構(gòu)的改變，引起了光譜形狀的改變。
　　 3.對(duì)多種過(guò)渡金屬摻雜ZnO基DMS的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，并詳細(xì)討論了體系中的交換作用。我們發(fā)現(xiàn)過(guò)渡金