氧化鋅的摻雜效應(yīng)以及石墨烯結(jié)構(gòu)缺陷的第一性原理研究.pdf

1、氧化鋅（ZnO）是一種理想的半導(dǎo)體材料，在固體器件領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。對(duì)氧化鋅增加壓力，它能從四配位的纖鋅礦結(jié)構(gòu)（B4）轉(zhuǎn)變成六配位的巖鹽結(jié)構(gòu)（B1）。摻雜是改善材料性質(zhì)的一種有效的方法，尤其是在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理方法來(lái)研究過(guò)渡金屬元素（V、Cr、Mn、Fe、Co和 Ni）摻雜氧化鋅的一些性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)過(guò)渡金屬元素的摻雜降低了B4→B1相轉(zhuǎn)變壓力，但是沒(méi)有改變其相轉(zhuǎn)變的路徑。這一發(fā)現(xiàn)與先前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2、一致。過(guò)渡金屬元素的摻入引起了晶格畸變，這導(dǎo)致了體積彈性模量的降低并且促進(jìn)了相轉(zhuǎn)變的發(fā)生。對(duì)于態(tài)密度的研究發(fā)現(xiàn)，摻雜后的ZnO是具有磁性的，并且這一磁性來(lái)源于過(guò)渡金屬元素的d軌道。由于Mn原子的d軌道電子是半充滿的，所以其摻雜后的ZnO顯示了最強(qiáng)的磁性。對(duì)于V-以及Cr-摻雜的ZnO來(lái)說(shuō)，B4→B1的相轉(zhuǎn)變使得體系的磁性增強(qiáng)了；而對(duì)于Mn-、Fe-、Co-、Ni-摻雜的ZnO來(lái)說(shuō)，B1結(jié)構(gòu)的磁性小于B4結(jié)構(gòu)的磁性。這一結(jié)果能夠用過(guò)渡金屬

3、原子與其相鄰的O原子間的電荷轉(zhuǎn)移來(lái)解釋。我們的研究結(jié)果為改變ZnO的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)提供了理論基礎(chǔ)。
　　石墨烯（graphene）有著非常優(yōu)異的性能，將來(lái)有望在半導(dǎo)體領(lǐng)域代替?zhèn)鹘y(tǒng)硅材料。石墨烯材料中的點(diǎn)缺陷能夠?qū)ζ湫再|(zhì)有著很大的影響，所以我們可以人為地引入缺陷結(jié)構(gòu)來(lái)改善或者提升石墨烯材料的應(yīng)用價(jià)值。在輻照或者熱處理的條件下，這些缺陷結(jié)構(gòu)會(huì)在石墨烯上發(fā)生遷移、合并。要想得到理想的缺陷石墨烯材料，我們就需要具體研究這些缺陷結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)行為

4、。本文中我們利用了基于密度泛函理論的第一性原理方法，通過(guò)過(guò)渡態(tài)搜索的計(jì)算研究了常見(jiàn)點(diǎn)缺陷的遷移、合并的能壘。我們發(fā)現(xiàn)，單空位缺陷以及吸附原子缺陷在完美石墨烯中的遷移能壘不高，在輻照或者熱處理?xiàng)l件下，點(diǎn)缺陷會(huì)在石墨烯上發(fā)生遷移并發(fā)生合并。兩個(gè)相近的單空位缺陷能夠通過(guò)遷移先形成相鄰單空位（Di-SV），然后合并成為雙空位V2(5-8-5)缺陷，其合并能壘為1.17eV。此外，雙空位缺陷V2(5-8-5)通過(guò)C-C鍵的旋轉(zhuǎn)能發(fā)生結(jié)構(gòu)重構(gòu)，形成