氧化鋅基稀磁半導體材料電子結構的第一性原理研究.pdf

1、近年來，基于對電子自旋的產(chǎn)生、輸運、控制等性質的研究，產(chǎn)生了一門新興的學科——自旋電子學。由自旋電子學發(fā)展而來的自旋電子器件可以同時利用電子的電荷和自旋屬性，可以突破傳統(tǒng)電子學所面臨的量子力學瓶頸，實現(xiàn)信息的傳遞、處理、儲存于一體，受到了科學界的廣泛關注。
　　 氧化鋅（Zinc Oxide，ZnO）是一種寬禁帶II-VI族化合物半導體，在傳輸場效應管、發(fā)光二級管、太陽能電池等光電子器件領域有著廣泛的應用。ZnO基稀磁半導體材料

2、（DMS）由于它的理論預測居里溫度在室溫以上而被廣泛關注，但是如何實現(xiàn)ZnO基DMS中雜質和缺陷的調制，以及如何解釋材料中磁性的起源問題等方面，一直以來都沒有統(tǒng)一的觀點，這是ZnO基DMS沒有被實際應用的主要瓶頸。
　　 本文利用基于密度泛函理論的全電勢線性綴加平面波方法對ZnO基DMS的電子結構進行研究，主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：
　　 1.在采用LDA+U近似對Zn-3d態(tài)電子的能量位置進行修正的基礎上，對本征Zn

3、O材料的電子結構進行了計算分析，并通過與LDA近似以及GGA近似的計算結果比較，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。這也說明了LDA+U是研究ZnO等強關聯(lián)電子體系的一個非常有效的工具。我們對ZnO的成鍵性質在高壓作用下的變化進行分析，發(fā)現(xiàn)隨著壓力的增大，Zn-O鍵離子性增大，成鍵強度減弱。
　　 2.對ZnO

4、的光學性質做了研究，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，而巖鹽結構（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B4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，由于體系中電子結構的改變，引起了光譜形狀的改變。
　　 3.對多種過渡金屬摻雜ZnO基DMS的電子結構進行了研究，并詳細討論了體系中的交換作用。我們發(fā)現(xiàn)過渡金