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Zn O是一种新型Ⅱ-Ⅵ族化合物,具有无毒无污染、原料丰富易得、制备成本低、热稳定性和化学稳定性高等优点。同时,在室温下,Zn O还具有3.37e V的直接宽禁带,60me V的高激子束缚能。因此,Zn O已在气体传感器、太阳能电池、压敏电阻、液晶显示器、紫外半导体激光器、透明导电薄膜以及稀磁半导体等方面具有广泛的应用前景。研究发现,通过(V、Cu、Fe)掺杂过渡金属可改进和完善Zn O的磁光性能的影响,尤其是合理解释了实验中有争议的掺杂体系Zn O吸收光谱分布的影响。本文利用第一性原理,采用GGA+U的方法,对未掺杂Zn O及掺杂Zn O进行模拟计算,重点研究了过渡元素(V、Cu、Fe)掺杂对Zn O的电子结构和磁光性能的影响,具体创新点如下:首先,研究了Zn1-xVx O(x=0、0.0417和0.0625)三种超胞的电子结构、磁性和吸收光谱的影响。计算结果表明,随着V掺杂量的增加,掺杂越容易、磁性越增强、体系共价键越增强、离子键越减弱、总能量越降低、体系结构越稳定。同时,掺杂体系产生多余的电子越增加、电荷之间的相互作用越增强、Burstein-Moss效应越明显、使体系吸收带边越向低能级方向移动、最小光学带隙越变宽、吸收光谱蓝移越增强。其次,Cu替位掺杂Zn O体系吸收光谱蓝移和红移两种相反的实验结果均有文献报道。为解决这个矛盾,研究了未掺杂Zn O、Zn0.9687Cu0.0313O、Zn0.9375Cu0.0625O和Zn32Cu O32超胞的电子结构和吸收光谱。计算结果表明,Cu替位掺杂量越增加,总能量越增加、掺杂体系越不稳定、形成能越增加、掺杂越难、掺杂体系的导带底向低能级方向移动、而价带顶的位置几乎不动、带隙宽度越变窄、吸收光谱越红移。同时,研究发现,Cu间隙掺杂体系的带隙和吸收光谱变化趋势与替位掺杂体系的相反。再者,研究了Fe高掺杂浓度对Zn O磁光性能的影响。对未掺杂Zn O、Zn0.9687Fe0.0313O和Zn0.9583Fe0.0417O超胞的最小光学带隙和吸收光谱进行了分析。计算结果表明,在Fe掺杂量为1.563~2.083at%的范围内,Fe掺杂量越增加、体系的价带顶向低能级方向移动、最小光学带隙越宽,吸收光谱蓝移越显著。最后,考虑到Zn O的单极性结构,对四种不同空间有序占位双掺Fe原子组态Zn14Fe2O16进行磁性的研究。结果表明,这些组态具有铁磁有序的基态,铁磁稳定性是通过双交换作用实现的,研究发现双掺Fe原子偏沿c轴方向越近、铁磁性越增强、高自旋极化率越高、居里温度越高、预测能够超过室温。Fe掺杂有利于提高Zn O体系的铁磁性,有望获得稳定性高、居里温度高、自旋极化率越高的稀磁半导体材料。