本文關(guān)鍵詞：Fe、Co摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體第一性原理研究

  更多相關(guān)文章： 自旋電子器件 摻雜ZnO 磁性 電子結(jié)構(gòu) 室溫鐵磁性 光學(xué)性質(zhì)

【摘要】：自旋電子器件由于同時(shí)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(kuò)展信息的存儲(chǔ)能力。ZnO稀磁半導(dǎo)體在自旋電子器件領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,因而研究和制備出具有高質(zhì)量的ZnO稀磁半導(dǎo)體已經(jīng)成為研究者關(guān)注的重點(diǎn)。到目前為止,無論是理論上還是實(shí)驗(yàn)上都對(duì)ZnO稀磁半導(dǎo)體進(jìn)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(jié)果不統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)重復(fù)性差、磁性起源機(jī)理存在爭議以及居里溫度低等,這些問題都制約著它們的發(fā)展和應(yīng)用。與此同時(shí)ZnO在光學(xué)性質(zhì)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(shí),對(duì)其光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究,以期待為同時(shí)具有優(yōu)異磁學(xué)特性和光學(xué)特性的電子器件的研究和制備提供重要的理論指導(dǎo)。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)構(gòu)建Fe單摻雜ZnO和Co單摻雜ZnO的模型,對(duì)它們的磁性和電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算和分析,其研究結(jié)果表明:在沒有其他雜質(zhì)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(duì)于Fe單摻雜ZnO在基態(tài)時(shí)表現(xiàn)為反鐵磁態(tài),Co單摻雜ZnO在基態(tài)時(shí)的磁穩(wěn)定性與摻雜原子的相對(duì)位置有關(guān),既可能是反鐵磁態(tài)也可能是鐵磁態(tài)。要使它們能夠應(yīng)用于實(shí)際,就必須通過其他途徑對(duì)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(duì)它們的鐵磁態(tài)具有重要的調(diào)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(gòu)建了Fe-In共摻雜ZnO和Co-In共摻雜ZnO的模型,計(jì)算和分析了它們的磁性和電子結(jié)構(gòu),其研究結(jié)果表明:它們都具有室溫鐵磁性,并且相對(duì)而言Co-In共摻雜ZnO的室溫鐵磁性強(qiáng)于Fe-In共摻ZnO,更利于的實(shí)際應(yīng)用。它們的磁性調(diào)控機(jī)理可以用多余載流子調(diào)控的雙交換機(jī)制來解釋,這里的多余載流子指的是自由電子。(3)對(duì)In摻入前的單摻雜ZnO和In摻入后形成的共摻雜ZnO的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了計(jì)算和分析,其研究結(jié)果表明:相比于本征ZnO,它們的光學(xué)性質(zhì)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),但是它們的吸收能力明顯要強(qiáng)于本征ZnO;其二、在低能的可見光區(qū)域(1.61eV到3.10eV),本征ZnO的吸收系數(shù)幾乎為零,而它們卻存在明顯的吸收峰。再者,共摻雜ZnO的吸收能力強(qiáng)于單摻雜ZnO。因此它們?cè)谧贤夤怆娮悠骷I(lǐng)域和可見光吸收利用的器件領(lǐng)域都具有很好的應(yīng)用潛能,并且這種潛力是In摻入后形成的共摻雜ZnO大于In摻入前的單摻雜ZnO,同時(shí)Fe-In共摻雜ZnO大于Co-In共摻雜ZnO。
【關(guān)鍵詞】：自旋電子器件 摻雜ZnO 磁性 電子結(jié)構(gòu) 室溫鐵磁性 光學(xué)性質(zhì)
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN304;O471
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 引言11-12
• 1.2 稀磁半導(dǎo)體概述12-15
• 1.2.1 稀磁半導(dǎo)體簡介12
• 1.2.2 稀磁半導(dǎo)體的研究進(jìn)展12-13
• 1.2.3 稀磁半導(dǎo)體的磁性機(jī)理13-14
• 1.2.4 稀磁半導(dǎo)體的應(yīng)用前景14-15
• 1.3 ZnO稀磁半導(dǎo)體15-16
• 1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-19
• 1.5 本文選題意義及研究內(nèi)容19-20
• 1.5.1 本文選題的意義19
• 1.5.2 本文研究的主要內(nèi)容19-20
• 1.6 本章小結(jié)20-21
• 第二章 第一性原理計(jì)算方法簡介21-30
• 2.1 前言21
• 2.2 Hartree-Fock方法21-23
• 2.2.1 絕熱近似21-22
• 2.2.2 Hartree-Fock近似22-23
• 2.3 密度泛函理論23-25
• 2.3.1 Hohenber-Kohn定理23-24
• 2.3.2 Kohn-Sham方程24
• 2.3.3 交換關(guān)聯(lián)泛函24-25
• 2.4 平面波贗勢(shì)方法25-27
• 2.4.1 平面波方法26
• 2.4.2 贗勢(shì)26-27
• 2.5 光學(xué)性質(zhì)理論基礎(chǔ)27-28
• 2.6 計(jì)算軟件Materials Studio介紹28-29
• 2.7 本章小結(jié)29-30
• 第三章 Fe、Co單摻雜ZnO的電子結(jié)構(gòu)和磁性30-42
• 3.1 前言30
• 3.2 模型建立和計(jì)算方法30-32
• 3.2.1 模型建立30-32
• 3.2.2 計(jì)算方法32
• 3.3 計(jì)算結(jié)果與分析32-41
• 3.3.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化32-33
• 3.3.2 本征ZnO的電子結(jié)構(gòu)分析33-35
• 3.3.3 單摻雜ZnO的磁穩(wěn)定性分析35-37
• 3.3.4 單摻雜ZnO的磁矩分析37-38
• 3.3.5 單摻雜ZnO的電子結(jié)構(gòu)分析38-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第四章 Fe、Co與金屬元素In共摻雜ZnO研究42-54
• 4.1 前言42
• 4.2 理論模型和計(jì)算方法42-44
• 4.2.1 理論模型42-43
• 4.2.2 計(jì)算方法43-44
• 4.3 計(jì)算結(jié)果與分析44-53
• 4.3.1 共摻雜ZnO的磁穩(wěn)定性分析44
• 4.3.2 共摻雜ZnO的磁矩分析44-46
• 4.3.3 共摻雜ZnO的電子結(jié)構(gòu)分析46-49
• 4.3.4 光學(xué)性質(zhì)分析49-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 第五章 總結(jié)與展望54-57
• 5.1 總結(jié)54-55
• 5.2 展望55-57
• 參考文獻(xiàn)57-65
• 致謝65-67
• 作者在攻讀碩士期間發(fā)表的科研成果67
• 一、 期刊論文67
• 二、 發(fā)明專利67

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 趙建華;鄧加軍;鄭厚植;;稀磁半導(dǎo)體的研究進(jìn)展[J];物理學(xué)進(jìn)展;2007年02期

2 王士泉;;綜述文章[J];科技導(dǎo)報(bào);2007年20期

3 許小紅;李小麗;齊世飛;江鳳仙;全志勇;范九萍;馬榮榮;;氧化物稀磁半導(dǎo)體的研究進(jìn)展[J];物理學(xué)進(jìn)展;2012年04期

4 鄧正;趙侃;靳常青;;電荷自旋注入機(jī)制分離的新型稀磁半導(dǎo)體[J];物理;2013年10期

5 ;《中國學(xué)術(shù)期刊文摘》(中文版)綜述文摘選登[J];科技導(dǎo)報(bào);2007年23期

6 衛(wèi)芬芬;茍科進(jìn);廖輝;曹海賓;鄧東;;稀磁半導(dǎo)體材料的研究進(jìn)展[J];科技信息;2010年18期

7 歐陽楚英,龔宇;稀磁半導(dǎo)體中共價(jià)效應(yīng)和電子云延伸效應(yīng)的比較應(yīng)用(英文)[J];江西師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2002年04期

8 常凱,夏建白;稀磁半導(dǎo)體——自旋和電荷的橋梁[J];物理;2004年06期

9 張國煜;修向前;張榮;陶志闊;崔旭高;張佳辰;謝自力;徐小農(nóng);鄭有p，

本文編號(hào)：960807