(V,Cu,Fe)單摻ZnO電子結(jié)構(gòu)和磁光性能影響的研究.pdf

1、ZnO是一種新型Ⅱ-Ⅵ族化合物，具有無毒無污染、原料豐富易得、制備成本低、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，在室溫下，ZnO還具有3.37eV的直接寬禁帶，60meV的高激子束縛能。因此，ZnO已在氣體傳感器、太陽能電池、壓敏電阻、液晶顯示器、紫外半導(dǎo)體激光器、透明導(dǎo)電薄膜以及稀磁半導(dǎo)體等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　研究發(fā)現(xiàn)，通過(V、Cu、Fe)摻雜過渡金屬可改進(jìn)和完善ZnO的磁光性能的影響，尤其是合理解釋了實(shí)驗(yàn)中有爭(zhēng)議的摻

2、雜體系ZnO吸收光譜分布的影響。本文利用第一性原理，采用GGA+U的方法，對(duì)未摻雜ZnO及摻雜ZnO進(jìn)行模擬計(jì)算，重點(diǎn)研究了過渡元素(V、Cu、Fe)摻雜對(duì)ZnO的電子結(jié)構(gòu)和磁光性能的影響，具體創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　首先，研究了Zn1-xVxO(x=0、0.0417和0.0625)三種超胞的電子結(jié)構(gòu)、磁性和吸收光譜的影響。計(jì)算結(jié)果表明，隨著 V摻雜量的增加，摻雜越容易、磁性越增強(qiáng)、體系共價(jià)鍵越增強(qiáng)、離子鍵越減弱、總能量越降低、體系結(jié)構(gòu)

3、越穩(wěn)定。同時(shí)，摻雜體系產(chǎn)生多余的電子越增加、電荷之間的相互作用越增強(qiáng)、Burstein-Moss效應(yīng)越明顯、使體系吸收帶邊越向低能級(jí)方向移動(dòng)、最小光學(xué)帶隙越變寬、吸收光譜藍(lán)移越增強(qiáng)。
　　其次，Cu替位摻雜ZnO體系吸收光譜藍(lán)移和紅移兩種相反的實(shí)驗(yàn)結(jié)果均有文獻(xiàn)報(bào)道。為解決這個(gè)矛盾，研究了未摻雜 ZnO、Zn0.9687Cu0.0313O、Zn0.9375Cu0.0625O和Zn32CuO32超胞的電子結(jié)構(gòu)和吸收光譜。計(jì)算結(jié)果表明，

4、Cu替位摻雜量越增加，總能量越增加、摻雜體系越不穩(wěn)定、形成能越增加、摻雜越難、摻雜體系的導(dǎo)帶底向低能級(jí)方向移動(dòng)、而價(jià)帶頂?shù)奈恢脦缀醪粍?dòng)、帶隙寬度越變窄、吸收光譜越紅移。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，Cu間隙摻雜體系的帶隙和吸收光譜變化趨勢(shì)與替位摻雜體系的相反。
　　再者，研究了Fe高摻雜濃度對(duì) ZnO磁光性能的影響。對(duì)未摻雜 ZnO、Zn0.9687Fe0.0313O和Zn0.9583Fe0.0417O超胞的最小光學(xué)帶隙和吸收光譜進(jìn)行了分析。計(jì)

5、算結(jié)果表明，在Fe摻雜量為1.563~2.083at％的范圍內(nèi)，F(xiàn)e摻雜量越增加、體系的價(jià)帶頂向低能級(jí)方向移動(dòng)、最小光學(xué)帶隙越寬，吸收光譜藍(lán)移越顯著。
　　最后，考慮到 ZnO的單極性結(jié)構(gòu)，對(duì)四種不同空間有序占位雙摻 Fe原子組態(tài)Zn14Fe2O16進(jìn)行磁性的研究。結(jié)果表明，這些組態(tài)具有鐵磁有序的基態(tài)，鐵磁穩(wěn)定性是通過雙交換作用實(shí)現(xiàn)的，研究發(fā)現(xiàn)雙摻Fe原子偏沿c軸方向越近、鐵磁性越增強(qiáng)、高自旋極化率越高、居里溫度越高、預(yù)測(cè)能夠超過