本文關(guān)鍵詞：C對(duì)ZnS:Co磁性的調(diào)制作用研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：過渡金屬離子摻雜在ZnS中,不僅可以作為發(fā)光中心提高材料發(fā)光效率,還使得材料兼具半導(dǎo)體特性和磁性,相應(yīng)的器件可以同時(shí)利用電子的電荷自由度和自旋自由度進(jìn)行信息存儲(chǔ)和信息處理。常溫下,ZnS塊材一般具有閃鋅礦結(jié)構(gòu),為直接帶隙半導(dǎo)體,帶隙寬度為3.72 eV,其激子束縛能(38 meV)高于室溫下的熱活化能(26 meV),因此在ZnS中摻雜過渡金屬有望獲得室溫下可應(yīng)用的自旋電子學(xué)材料和性能較好的發(fā)光材料。本文主要采用基于密度泛函理論的第一性原理方法研究Co摻雜ZnS的磁性、光學(xué)性質(zhì)以及C對(duì)Co摻雜的ZnS材料的磁性調(diào)制作用。這方面的研究對(duì)尋找自旋電子學(xué)和磁光新材料、探尋相互作用機(jī)理方面有重要意義。本文具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)計(jì)算分析了Co摻雜ZnS的磁性和光學(xué)性質(zhì)。通過計(jì)算不同位置構(gòu)型的Co摻雜ZnS的電子結(jié)構(gòu)和磁性,發(fā)現(xiàn)反鐵磁相更穩(wěn)定。當(dāng)兩個(gè)Co間距離近時(shí)體系總能最低,最穩(wěn)定,意味著體系中Co有團(tuán)簇現(xiàn)象。此外我們還計(jì)算了Co摻雜ZnS介電函數(shù)的虛部,得出從0.7 eV開始有吸收峰,對(duì)應(yīng)于紅外吸收,即光學(xué)帶隙為0.7 eV。結(jié)合電子結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)這個(gè)吸收對(duì)應(yīng)于Co的d-d躍遷。(2)研究了C、N對(duì)Co摻雜ZnS磁性的調(diào)制作用。計(jì)算了C和Co共摻的ZnS材料的電子結(jié)構(gòu)和磁相互作用,發(fā)現(xiàn)連接在同一C上的兩個(gè)Co之間為鐵磁耦合,分析了C和Co間的磁耦合機(jī)制。計(jì)算表明不管Co與C的初始磁矩為鐵磁耦合還是反鐵磁耦合,經(jīng)過離子和電子弛豫后總轉(zhuǎn)化為反鐵磁耦合方式,總磁矩為1μB。原因是與S相比,C的p能級(jí)能量更高、電負(fù)性更強(qiáng),C與Co之間的p-d相互作用更強(qiáng),形成了能級(jí)位置很高的反鍵態(tài),從而導(dǎo)致C和Co間反鐵磁耦合非常穩(wěn)定。由于兩個(gè)Co都和C反鐵磁作用,導(dǎo)致兩個(gè)Co為鐵磁耦合。所以,通過C的摻雜實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)Co之間的鐵磁耦合。我們用同樣的方法計(jì)算了N和Co共摻的ZnS,但未得到同樣的結(jié)果,原因是N在Zn S中摻雜時(shí)自旋交換劈裂較小,本身并不引入磁性。(3)計(jì)算研究了Co/Mn共摻ZnS體系磁性和光學(xué)性質(zhì)。當(dāng)Co和Mn為最近鄰,即Co和Mn連接同一個(gè)S時(shí),它們之間反鐵磁耦合時(shí)體系更穩(wěn)定,體系總磁矩為2μB。通過計(jì)算介電函數(shù)的虛部,發(fā)現(xiàn)光學(xué)吸收能量為0.6 eV,與Co摻雜ZnS相比發(fā)生了紅移。
【關(guān)鍵詞】：稀磁半導(dǎo)體 過渡金屬 C、N調(diào)制磁性 光學(xué)性
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN304.2;O482
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 稀磁半導(dǎo)體10-11
• 1.2 d~0磁性半導(dǎo)體11-12
• 1.3 磁交換機(jī)制12-14
• 1.4 選題意義及研究?jī)?nèi)容14-15
• 第二章 理論方法介紹15-22
• 2.1 引言15
• 2.2 第一性原理方法15
• 2.3 絕熱近似和單電子方程15-17
• 2.4 Hohenberg-Kohn定理及Kohn-Sham方程17-19
• 2.5 交換關(guān)聯(lián)泛函19-20
• 2.5.1 局域密度近似19
• 2.5.2 廣義梯度近似19-20
• 2.6 贗勢(shì)法20
• 2.7 VASP程序包介紹20-22
• 第三章 Co~(2+)摻雜ZnS磁性和光學(xué)性質(zhì)的研究22-33
• 3.1 引言22-23
• 3.2 能帶結(jié)構(gòu)模型23-25
• 3.3 計(jì)算參數(shù)25-26
• 3.4 Co摻雜ZnS的磁性分析26-30
• 3.4.1 一個(gè)Co摻雜ZnS電子結(jié)構(gòu)分析26-28
• 3.4.2 兩個(gè)Co摻雜ZnS的磁穩(wěn)定性分析28-30
• 3.5 光學(xué)性質(zhì)的研究30-32
• 3.6 本章小結(jié)32-33
• 第四章C、N調(diào)制的ZnS:Co鐵磁性33-45
• 4.1 引言33
• 4.2 計(jì)算參數(shù)33-34
• 4.3 計(jì)算結(jié)果分析34-43
• 4.3.1 單個(gè)C摻雜ZnS34-36
• 4.3.2 單個(gè)C和單個(gè)Co摻雜ZnS36-38
• 4.3.3 單個(gè)C和兩個(gè)Co摻雜ZnS38-40
• 4.3.4 單個(gè)N摻雜ZnS40-41
• 4.3.5 單個(gè)N和單個(gè)Co摻雜ZnS41-43
• 4.3.6 單個(gè)N和兩Co摻雜ZnS43
• 4.4 本章小結(jié)43-45
• 第五章 Mn-Co共摻雜ZnS的磁性與光學(xué)性質(zhì)45-49
• 5.1 引言45
• 5.2 計(jì)算方法45-46
• 5.3 計(jì)算結(jié)果與分析46-48
• 5.4 本章小結(jié)48-49
• 結(jié)論49-50
• 參考文獻(xiàn)50-55
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單55-56
• 致謝56

  本文關(guān)鍵詞：C對(duì)ZnS:Co磁性的調(diào)制作用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：399153