BN基稀磁半導(dǎo)體的第一性原理計算.pdf

1、隨著半導(dǎo)體自旋電子學(spintronics)迅猛發(fā)展，稀磁半導(dǎo)體的研究逐漸成為研究的熱點.研究表明，稀磁半導(dǎo)體(DMSs)可以在同一器件上同時利用電子的電荷對信息的處理和利用電子的自旋來實現(xiàn)對信息進行存儲.具有較高的居里溫度，在室溫下能夠具有鐵磁性的半導(dǎo)體，才是理想的稀磁半導(dǎo)體，這樣才能有更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域.但目前的實驗效果不十分顯著且重復(fù)性差，大多數(shù)的研究是從理論上對其進行預(yù)測和分析的.
　　 隨著計算機的技術(shù)不斷發(fā)展，其性能

2、不斷地提高，通過計算機設(shè)計新型功能性材料并進行模擬計算已成為可能.本文就是通過計算機模擬計算，對BN基稀磁半導(dǎo)體的磁性進行了預(yù)測，為實驗提供理論參考.
　　 本文基于密度泛函理論采用第一性原理方法，首先對本征BN晶胞的幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化及電子結(jié)構(gòu)等方面進行了計算，所得的結(jié)果與實驗結(jié)果極為相似的，并為后面計算有B空位或N空位的BN及過渡金屬摻雜BN的計算提供了良好的設(shè)置參數(shù).計算表明，理想的本征BN體系不存在自旋極化態(tài)，沒有磁性.采用超

3、原胞的方法建立含有空位的BN模型，對模型進行了幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化，對其電子結(jié)構(gòu)、態(tài)密度進行了計算，計算結(jié)果表明，無論含B空位還是含N空位的BN都存在自旋極化態(tài)，BN都具有鐵磁性.當B空位時，計算超原胞的磁矩為0.96μB，磁性主要來源于空位周圍的4個N原子的2p軌道上的電子;當N空位時，磁矩大小為1.04μB，磁性與空位周圍的四個B原子的2s和2p軌道上的電子有關(guān).通過計算表明:B空位的形成能小于N空位的形成能.
　　 同樣采用超原胞

4、的方法搭建了Cr、Mn、Cu、Pd四種金屬分別摻雜BN的體系模型.計算表明這四種體系中都存在自旋極化態(tài)，都具有半金屬性和鐵磁性.計算出四種體系的磁矩大小是不同的:Cr摻雜BN體系超原胞的總磁矩為2.98μB，Cu摻雜BN體系的超原胞總磁矩為2.06μB，Mn摻雜BN體系的超過原胞總磁矩為6.10μB，Pd摻雜BN體系超原胞的總磁矩為3.08μB，其磁性來源主要是由于p-d電子雜化引起的.但在Cr、Mn、Cu摻雜的體系中，其磁性的來源主要