钇掺杂ZnO电子结构与磁性的研究

论文摘要

不含未填满d或f壳层的过渡族或稀土族磁性离子材料的室温铁磁性的起源不同于传统的铁磁性物质,成为目前磁学领域研究的热点问题。本文采用基于密度泛函理论的全势线性缀加平面波（FLAPW）的方法,通过理论计算研究了Y掺杂ZnO的磁性。对于Y掺杂的ZnO和含有空位的ZnO体系建立了包含2×2×2或2×2×4个ZnO单胞的超原胞。在此基础上对ZnO、Y掺杂的ZnO(Zn15YO16)、含有氧空位的ZnO(Zn16O15)、含有Zn空位的ZnO(Zn15O16)和含有Zn空位的Y掺杂ZnO(Zn14YO16、Zn10Y4O16和Zn29Y2O32)分别进行了内部参数优化和自旋极化的电子结构计算,计算结果为:Zn16O15和Zn15Y1O16体系中没有净磁矩,对于Zn15O16和Zn14YO16得到磁矩大约为1.87μB/VZn和1.0μB/VZn的净磁矩;对于Zn29Y2O32,得到的磁矩大约是0.29μB/VZn。计算了Y掺杂对于氧化锌中锌空位形成能的影响,结果发现Y杂质的引入使得VZn的形成能降低了0.0028eV左右,这说明Y掺杂有利于Zn空位的形成;对于Zn10Y4O16,计算了VZn磁矩在铁磁和反铁磁状态下的能量。结果表明铁磁耦合的能量比反铁磁的低,因而VZn磁矩铁磁耦合状态稳定。因此Y掺杂的ZnO可能具有铁磁性,其铁磁性来源是Y掺杂所产生的Zn空位。

论文目录

• 内容提要
• 第一章 绪论
• 1.1 自旋电子学（Spintronics）
• 1.2 稀磁性半导（Diluted Magnetic Semiconductors, DMS）简介
• 1.3 多功能材料 ZnO 薄膜性质及其应用
• 1.4 氧化锌基稀磁性半导体
• 1.5 非磁性离子化合物的磁性研究
• 1.6 本论文的选题思路
• 第二章 基本理论
• 2.0 第一性原理（First-principle）
• 2.1 密度泛函理论（DFT）
• 2.2 交换关联能泛函
• 2.3 常用的能带计算方法
• 2.4 自洽-迭代方法（SCF）
• 2.5 WIEN2K 简介
• 第三章 钇掺杂的ZnO 电子结构与缺陷磁性的研究
• 3.1 引言
• 3.2 计算方法
• 3.3 结果与分析
• 第四章 结论
• 参考文献
• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢