高自旋極化率半金屬的第一性原理研究.pdf

1、本文采用的是理論計(jì)算方法，用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算和研究半金屬材料，重點(diǎn)放在研究半金屬性質(zhì)的來(lái)源和尋找新型的半金屬材料上。主要內(nèi)容包括三個(gè)部分，一是在前人的基礎(chǔ)上對(duì)CrTe電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行深化研究；二是研究稀磁半導(dǎo)體摻雜，采用前人已經(jīng)研究過(guò)的V陽(yáng)離子摻雜ZnS和ZnSe，與前人摻雜濃度達(dá)到50％不同的是，我們僅僅研究稀磁摻雜，濃度為6.25％；三是預(yù)測(cè)新型的Cr摻雜寬帶半導(dǎo)體MgTe的電子結(jié)構(gòu)特性。論文的具體內(nèi)容安排如下：

2、 緒論：主要是半金屬研究的一些背景知識(shí)。首先介紹了自旋電子學(xué)，半金屬的研究背景，半金屬的概念，以及半金屬所涉及到的磁學(xué)知識(shí)；其次詳細(xì)的介紹了半金屬的性質(zhì)，半金屬的分類，以及半金屬的應(yīng)用。 第一章：詳細(xì)介紹了本文所涉及的基本理論基礎(chǔ)-第一性原理計(jì)算方法，主要包括(1)第一性原理的計(jì)算基礎(chǔ)-密度泛函理論；(2)第一性原理的實(shí)現(xiàn)過(guò)程；(3)計(jì)算軟件包‘VASP介紹。 第二章：介紹自己做的內(nèi)容：二元化物CrTe。研究了二元化物C

3、rTe基態(tài)砷化鎳(NiAs)結(jié)構(gòu)與兩種亞穩(wěn)態(tài)：閃鋅礦(Zin-blende)結(jié)構(gòu)和釬鋅礦(Wurtzite)結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)放在CrTe三種結(jié)構(gòu)的性質(zhì)來(lái)源上。CrTe基態(tài)是NiAs結(jié)構(gòu)的金屬鐵磁體，它的亞穩(wěn)態(tài)Zin-blende結(jié)構(gòu)和Wurtzite結(jié)構(gòu)不但與傳統(tǒng)的III-V、II-VI族半導(dǎo)體襯底兼容，擁有很高的居里溫度Tc>400K，而且已經(jīng)被證實(shí)了是半金屬。本論文從它的能態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)以及部分電荷密度出發(fā)，針對(duì)CrTe三種結(jié)構(gòu)的電子結(jié)

4、構(gòu)進(jìn)行深層次的研究，從而得到CrTe性質(zhì)的來(lái)源主要是Cr3d電子和Te5p電子的雜化以及Cr的3d電子自旋交換劈裂，并從Cr離子磁矩分析得到在三種結(jié)構(gòu)中展示3d4的磁構(gòu)型。 第三章：介紹研究稀磁半導(dǎo)體摻雜：過(guò)渡金屬V摻雜zinc-blende結(jié)構(gòu)ZnS和ZnSe。半金屬中的一種分類就是稀磁半導(dǎo)體，其中3d過(guò)渡金屬摻雜閃鋅礦(ZB)II-VI族半導(dǎo)體的濃度在熱平衡條件下達(dá)到10-25％。但是由于p型摻雜的載流子濃度補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題，一直

5、沒(méi)有找到居里溫度高達(dá)室溫的半金屬。我們?cè)O(shè)計(jì)的是在不考慮N型和P型摻雜的情況下，對(duì)V摻雜ZB結(jié)構(gòu)的ZnS和ZnSe，摻雜濃度為6.25％的電子結(jié)構(gòu)和磁學(xué)性質(zhì)進(jìn)行模擬，從理論上預(yù)測(cè)Zn0.9375V0.0625S和Zn0.9375V0.0625Se是半金屬鐵磁體，并從電子結(jié)構(gòu)和電荷密度兩方面分析原因。 第四章：介紹過(guò)渡金屬Cr摻雜寬帶半導(dǎo)體MgTe。MgTe是II-VI族寬帶半導(dǎo)體，它一直是科學(xué)和技術(shù)上感興趣的一種光學(xué)材料。Mg1-

6、xCdxTe，Mg1-xMnxTe和Mg1-xZnxTe作為光電材料也已經(jīng)從光學(xué)和磁學(xué)上被很好的研究，但是到目前為止，沒(méi)有人研究過(guò)Cr摻雜MgTe。這讓我們對(duì)Cr摻雜MgTe的性質(zhì)產(chǎn)生很大的興趣(不考慮N型和P型摻雜的情況下)。由于MgTe本身基態(tài)結(jié)構(gòu)具有爭(zhēng)議性，Zachariasen，Klemm和Wahl等實(shí)驗(yàn)上認(rèn)為它的基態(tài)是釬鋅礦結(jié)構(gòu)(W-MgTe)，相反Yeh等通過(guò)理論上計(jì)算則得出MgTe的基態(tài)是砷化鎳結(jié)構(gòu)(N-MgTe)，還有實(shí)