本文關(guān)鍵詞：C對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)的器件可以同時利用電子的電荷自由度和自旋自由度進行信息存儲和信息處理。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Co摻雜的ZnS材料的磁性調(diào)制作用。這方面的研究對尋找自旋電子學(xué)和磁光新材料、探尋相互作用機理方面有重要意義。本文具體研究內(nèi)容如下:(1)計算分析了Co摻雜ZnS的磁性和光學(xué)性質(zhì)。通過計算不同位置構(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Co間距離近時體系總能最低,最穩(wěn)定,意味著體系中Co有團簇現(xiàn)象。此外我們還計算了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)這個吸收對應(yīng)于Co的d-d躍遷。(2)研究了C、N對Co摻雜ZnS磁性的調(diào)制作用。計算了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Co之間為鐵磁耦合,分析了C和Co間的磁耦合機制。計算表明不管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能級能量更高、電負性更強,C與Co之間的p-d相互作用更強,形成了能級位置很高的反鍵態(tài),從而導(dǎo)致C和Co間反鐵磁耦合非常穩(wěn)定。由于兩個Co都和C反鐵磁作用,導(dǎo)致兩個Co為鐵磁耦合。所以,通過C的摻雜實現(xiàn)了兩個Co之間的鐵磁耦合。我們用同樣的方法計算了N和Co共摻的ZnS,但未得到同樣的結(jié)果,原因是N在Zn S中摻雜時自旋交換劈裂較小,本身并不引入磁性。(3)計算研究了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S時,它們之間反鐵磁耦合時體系更穩(wěn)定,體系總磁矩為2μB。通過計算介電函數(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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：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 磁交換機制12-14
• 1.4 選題意義及研究內(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 計算參數(shù)25-26
• 3.4 Co摻雜ZnS的磁性分析26-30
• 3.4.1 一個Co摻雜ZnS電子結(jié)構(gòu)分析26-28
• 3.4.2 兩個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 計算參數(shù)33-34
• 4.3 計算結(jié)果分析34-43
• 4.3.1 單個C摻雜ZnS34-36
• 4.3.2 單個C和單個Co摻雜ZnS36-38
• 4.3.3 單個C和兩個Co摻雜ZnS38-40
• 4.3.4 單個N摻雜ZnS40-41
• 4.3.5 單個N和單個Co摻雜ZnS41-43
• 4.3.6 單個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 計算方法45-46
• 5.3 計算結(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：399153