Fe、Co摻雜ZnO稀磁半導體第一性原理研究.pdf

1、自旋電子器件由于同時具備電子的電荷屬性和自旋屬性，可以極大地提高信息的處理和傳輸速度，擴展信息的存儲能力。ZnO稀磁半導體在自旋電子器件領域具有廣泛的應用前景，因而研究和制備出具有高質量的ZnO稀磁半導體已經(jīng)成為研究者關注的重點。到目前為止，無論是理論上還是實驗上都對ZnO稀磁半導體進行了大量的研究，并獲得了眾多有意義的研究成果，但是仍然存在很多問題需要研究者繼續(xù)去解決，比如研究結果不統(tǒng)一、實驗重復性差、磁性起源機理存在爭議以及居里溫度

2、低等，這些問題都制約著它們的發(fā)展和應用。與此同時ZnO在光學性質方面也表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，因此有必要在研究其磁性的同時，對其光學性質進行研究，以期待為同時具有優(yōu)異磁學特性和光學特性的電子器件的研究和制備提供重要的理論指導。本文的主要研究內容和結果如下：
　　（1）構建Fe單摻雜ZnO和Co單摻雜ZnO的模型，對它們的磁性和電子結構進行計算和分析，其研究結果表明：在沒有其他雜質元素或者缺陷引入的情況下，它們都不具備室溫鐵磁性。但是相對

3、于Fe單摻雜ZnO在基態(tài)時表現(xiàn)為反鐵磁態(tài)，Co單摻雜ZnO在基態(tài)時的磁穩(wěn)定性與摻雜原子的相對位置有關，既可能是反鐵磁態(tài)也可能是鐵磁態(tài)。要使它們能夠應用于實際，就必須通過其他途徑對它們予以改性，使得它們具有室溫鐵磁性。多余電子形成的載流子對它們的鐵磁態(tài)具有重要的調控作用，因而考慮能否通過增加載流子濃度的方法使得它們具有室溫鐵磁性。
　　（2）構建了Fe-In共摻雜ZnO和Co-In共摻雜ZnO的模型，計算和分析了它們的磁性和電子結構

4、，其研究結果表明：它們都具有室溫鐵磁性，并且相對而言Co-In共摻雜ZnO的室溫鐵磁性強于Fe-In共摻ZnO，更利于的實際應用。它們的磁性調控機理可以用多余載流子調控的雙交換機制來解釋，這里的多余載流子指的是自由電子。
　?。?）對In摻入前的單摻雜ZnO和In摻入后形成的共摻雜ZnO的光學性質進行了計算和分析，其研究結果表明：相比于本征ZnO，它們的光學性質都發(fā)生了明顯的變化：其一、雖然它們的吸收光譜仍然主要分布在紫外光區(qū)，但