氧化鋅基稀磁半導體材料電子結構的第一性原理研究.pdf

1、近年來，基于對電子自旋的產生、輸運、控制等性質的研究，產生了一門新興的學科——自旋電子學。由自旋電子學發展而來的自旋電子器件可以同時利用電子的電荷和自旋屬性，可以突破傳統電子學所面臨的量子力學瓶頸，實現信息的傳遞、處理、儲存于一體，受到了科學界的廣泛關注。
　　 氧化鋅（Zinc Oxide，ZnO）是一種寬禁帶II-VI族化合物半導體，在傳輸場效應管、發光二級管、太陽能電池等光電子器件領域有著廣泛的應用。ZnO基稀磁半導體材料

2、（DMS）由于它的理論預測居里溫度在室溫以上而被廣泛關注，但是如何實現ZnO基DMS中雜質和缺陷的調制，以及如何解釋材料中磁性的起源問題等方面，一直以來都沒有統一的觀點，這是ZnO基DMS沒有被實際應用的主要瓶頸。
　　 本文利用基于密度泛函理論的全電勢線性綴加平面波方法對ZnO基DMS的電子結構進行研究，主要包括以下幾個方面的內容：
　　 1.在采用LDA+U近似對Zn-3d態電子的能量位置進行修正的基礎上，對本征Zn

3、O材料的電子結構進行了計算分析，并通過與LDA近似以及GGA近似的計算結果比較，我們發現LDA+U近似還原了Zn-3d電子的局域性，使Zn的d態電子和O的p態電子都局域在原子周圍。以此我們能夠更好地研究ZnO中p-d電子之間的耦合作用。這也說明了LDA+U是研究ZnO等強關聯電子體系的一個非常有效的工具。我們對ZnO的成鍵性質在高壓作用下的變化進行分析，發現隨著壓力的增大，Zn-O鍵離子性增大，成鍵強度減弱。
　　 2.對ZnO

4、的光學性質做了研究，發現纖鋅礦（B4相）和閃鋅礦（B3相）ZnO的介電函數形狀和峰值位置都比較接近，而巖鹽結構（B1相）的介電函數與前兩者差異較大，這主要是由于B1相ZnO屬于六配位體，而B4相和B3相ZnO都屬于四配位體的原因。在高壓作用下，介電函數的光譜向高能方向移動，由于體系中電子結構的改變，引起了光譜形狀的改變。
　　 3.對多種過渡金屬摻雜ZnO基DMS的電子結構進行了研究，并詳細討論了體系中的交換作用。我們發現過渡金