Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族基新型稀磁半導體的磁電性質研究
發(fā)布時間：2021-03-26 03:24
兼具磁性和半導體特性的稀磁半導體在自旋電子領域有廣泛的應用前景,與傳統(tǒng)的Ⅱ-Ⅴ族和Ⅲ-Ⅴ族稀磁半導體相比,Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族基新型稀磁半導體能夠實現(xiàn)自旋和電荷注入機制的分離,且磁性離子的固溶度不受限制,這為研究稀磁半導體提供了新方向,也為制備居里溫度高于室溫的材料和研究磁性來源機理提供了可能。本文首先采用第一性原理計算方法,對不同濃度Mn摻雜LiMgN、Ag-Cr共摻LiZnP和不同濃度Mn/Cr摻雜LiCdAs的電子結構和光學性質進行了研究;然后通過高溫固相反應法,成功制備了Li1.04(Cd1-xMnx)As和Li1.04(Cd1-xCrx)As兩種塊狀材料,測量了其磁電性質。研究結果表明:（1）不同濃度Mn摻雜LiMgN體系計算發(fā)現(xiàn):Mn摻雜給體系提供了自旋,Li含量對體系導電性質有影響,LiMgN體系的磁性和電性的分離調控以及提高體系居里溫度可以通過Mn的摻入和改變Li、Mn的含量來實現(xiàn)。（2）Ag-Cr共摻LiZnP體系理論計算得到:Ag單摻時體系內無...
【文章來源】：重慶師范大學重慶市
【文章頁數(shù)】：81 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
(Ga,Mn)As和Li(Zn,Mn)As晶體結構示意圖
星星等[47]利用 GGA+U 計算了 Mn 摻雜 LiCaP 稀磁半導體，發(fā)現(xiàn) Mn 的摻入和改變Li 的含量可以對 LiCaP 半導體進行電性和磁性的分離調控；徐建[48]計算了 Mn 摻雜 LiZnN 稀磁半導體，通過海森堡模型發(fā)現(xiàn) Li 空位可以提高體系的居里溫度，可達到 575K，實驗上對 Mn/Cr 摻雜 LiZnP 進行了一系列研究。1.4 I-II-V 族基新型稀磁半導體的晶體結構I-II-V 化合物屬于“四面體結構”的一類，可以看作是在閃鋅礦 III-V 族化合物中，三族原子被“歧化”成 I+II 族原子，I 族原子通常是占據(jù)閃鋅礦晶胞的四面體間隙位[49]，也被稱為 Nowotny-Juza 化合物[50]。如圖 1.4 所示，閃鋅礦晶體結構排布：II 族位于τ1=(0, 0, 0)ɑ（ɑ是晶格常數(shù)），V 族位于τ2=(1/4,1/4,1/4)ɑ。立方晶體結構允許 Li 原子填隙在τ3=(1/2,1/2, 1/2)ɑ[51]。I 族：Li、Na、Cu、Ag；II 族：Mg、Zn、Cd；V 族：N、P、As、Sb、Bi。I-II-V 化合物被預測為帶隙能量范圍為 1.3-2eV 的直接帶隙半導體[52]。
圖 3.1 超晶胞結構圖 (a)Li1±0.0625(Mg0.9375Mn0.0625)N;(b) Li1±0.125(Mg0.875Mn0.125)N3.2.2 計算方法本章計算中采用周期性邊界條件，是用廣義梯度近似(GGA)處理電子間的交換關聯(lián)能的。描述離子實與價電子間的相互作用是采用平面波超軟贗勢法[14]，目的是為減少平面波基矢組展開個數(shù)。選取 Li、Mg、N、Mn 的價電子組態(tài)分別為Li:2s1、Mg:2p63s2、N:2s23p3、Mn:3d54s2（Mn 自旋態(tài)設為向上）。為了得到可靠的計算結果，計算開始時選取了不同的截斷能(Ecut)計算本征 LiMgN 的晶格常數(shù)、自由能，發(fā)現(xiàn) Ecut由 380eV 至 500eV 時體系各項參數(shù)趨于定值而達到收斂，因此，在倒易的 K 空間中，計算選取的 Ecut為 480eV。體系總能和電荷密度在對布里淵區(qū)(Brillouin)的積分計算采用 Monkhorst-Park[73]方案，對超晶胞體系選取 K 網(wǎng)格點為 4×4×4，其自洽收斂精度設為 2.0×10 6eV/atom。結構優(yōu)化中采用 BFGS[74]算法優(yōu)化。晶胞結構優(yōu)化后，各項參數(shù)均優(yōu)于收斂標準。3.3 計算結果與討論
本文編號：3100850
【文章來源】：重慶師范大學重慶市
【文章頁數(shù)】：81 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
(Ga,Mn)As和Li(Zn,Mn)As晶體結構示意圖
星星等[47]利用 GGA+U 計算了 Mn 摻雜 LiCaP 稀磁半導體，發(fā)現(xiàn) Mn 的摻入和改變Li 的含量可以對 LiCaP 半導體進行電性和磁性的分離調控；徐建[48]計算了 Mn 摻雜 LiZnN 稀磁半導體，通過海森堡模型發(fā)現(xiàn) Li 空位可以提高體系的居里溫度，可達到 575K，實驗上對 Mn/Cr 摻雜 LiZnP 進行了一系列研究。1.4 I-II-V 族基新型稀磁半導體的晶體結構I-II-V 化合物屬于“四面體結構”的一類，可以看作是在閃鋅礦 III-V 族化合物中，三族原子被“歧化”成 I+II 族原子，I 族原子通常是占據(jù)閃鋅礦晶胞的四面體間隙位[49]，也被稱為 Nowotny-Juza 化合物[50]。如圖 1.4 所示，閃鋅礦晶體結構排布：II 族位于τ1=(0, 0, 0)ɑ（ɑ是晶格常數(shù)），V 族位于τ2=(1/4,1/4,1/4)ɑ。立方晶體結構允許 Li 原子填隙在τ3=(1/2,1/2, 1/2)ɑ[51]。I 族：Li、Na、Cu、Ag；II 族：Mg、Zn、Cd；V 族：N、P、As、Sb、Bi。I-II-V 化合物被預測為帶隙能量范圍為 1.3-2eV 的直接帶隙半導體[52]。
圖 3.1 超晶胞結構圖 (a)Li1±0.0625(Mg0.9375Mn0.0625)N;(b) Li1±0.125(Mg0.875Mn0.125)N3.2.2 計算方法本章計算中采用周期性邊界條件，是用廣義梯度近似(GGA)處理電子間的交換關聯(lián)能的。描述離子實與價電子間的相互作用是采用平面波超軟贗勢法[14]，目的是為減少平面波基矢組展開個數(shù)。選取 Li、Mg、N、Mn 的價電子組態(tài)分別為Li:2s1、Mg:2p63s2、N:2s23p3、Mn:3d54s2（Mn 自旋態(tài)設為向上）。為了得到可靠的計算結果，計算開始時選取了不同的截斷能(Ecut)計算本征 LiMgN 的晶格常數(shù)、自由能，發(fā)現(xiàn) Ecut由 380eV 至 500eV 時體系各項參數(shù)趨于定值而達到收斂，因此，在倒易的 K 空間中，計算選取的 Ecut為 480eV。體系總能和電荷密度在對布里淵區(qū)(Brillouin)的積分計算采用 Monkhorst-Park[73]方案，對超晶胞體系選取 K 網(wǎng)格點為 4×4×4，其自洽收斂精度設為 2.0×10 6eV/atom。結構優(yōu)化中采用 BFGS[74]算法優(yōu)化。晶胞結構優(yōu)化后，各項參數(shù)均優(yōu)于收斂標準。3.3 計算結果與討論
本文編號：3100850
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