不同構(gòu)型下ZnO基稀磁半導(dǎo)體的第一性原理研究

劉喬亞，楊 平

(江蘇大學(xué) 機械工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

不同構(gòu)型下ZnO基稀磁半導(dǎo)體的第一性原理研究

劉喬亞，楊 平

(江蘇大學(xué) 機械工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

針對5種不同構(gòu)型下的ZnO基稀磁半導(dǎo)體特性展開研究，利用第一性原理對Co摻雜ZnO, Mn摻雜ZnO，以及(Co, Mn)共摻雜ZnO進(jìn)行模擬計算，分析其電子結(jié)構(gòu)及磁性。結(jié)果表明，Co摻雜ZnO的鐵磁性隨摻雜位置不同而變化，Mn摻雜ZnO表現(xiàn)出反鐵磁性。而(Co, Mn)共摻雜ZnO由于摻雜原子間的相互作用，表現(xiàn)出鐵磁性并且具有高于室溫的局里溫度，是一種理想的稀磁半導(dǎo)體材料。

摻雜構(gòu)型；第一性原理；電子結(jié)構(gòu)；自旋；磁矩；居里溫度

稀磁半導(dǎo)體(Diluted Magnetic Semiconductors, DMS)是指利用3d族磁性過渡金屬或非金屬離子以一定的比例替代半導(dǎo)體中的部分非磁性陽離子而形成的新型半導(dǎo)體材料。由于摻入的雜質(zhì)濃度一般不高，因而表現(xiàn)出的磁性通常比較弱，所以被稱為稀磁半導(dǎo)體。因為其磁性與半導(dǎo)體特性共存的特點，可以同時利用電子的自旋屬性和電荷屬性，逐漸成為科學(xué)界的研究熱點。

近年來，人們對稀磁半導(dǎo)體的研究已經(jīng)有了一定的進(jìn)展。自從2000年Dietl[1]預(yù)測出寬禁帶的GaN和ZnO基稀磁半導(dǎo)體具有室溫鐵磁性后，陸續(xù)有多種3d金屬摻雜ZnO材料被報道具有高于室溫的居里溫度(Tc)。Ueda[2]發(fā)現(xiàn)在Co摻雜ZnO薄膜中加入Al元素可以提高其居里溫度。Jayakumar[3]制備出了具有室溫鐵磁性的Mn摻雜ZnO納米晶體。然而對于稀磁半導(dǎo)體材料磁性的起源，學(xué)術(shù)界仍有很大的爭議。有文獻(xiàn)[4-5]曾對于Co,Mn單摻雜ZnO和共摻雜ZnO進(jìn)行了一定的研究，但都沒有考慮不同的摻雜位置對體系的影響?！?br>