Y1-xSrxCu1-yMnySO体系电子结构和光学性质的第一性原理计算及实验研究

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dashaomai
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稀磁半导体兼具电子的自旋与电荷的双重属性,是制备自旋光电器件的材料基础,对信息的传输、处理以及存储具重要意义。基于铁基超导体系掺杂调控的新型稀磁半导体,实现了电荷与自旋的独立调控。  本论文首先基于密度泛函理论的第一性原理计算,采用Material Studio软件中的CASTEP模块对(Y1-xSrx)(Cu1-yMny)SO体系分别进行建模、计算电子结构和光学性质(包括介电函数、吸收系数和反射系数等)。实验上制备了(Y1-xSrx)(Cu0.925Mn0.075)SO系列样品,并进行了结构、低温电阻、磁化曲线及PL谱测量,为在(Y1-xSrx)(Cu1-yMny)SO体系探索性能优异的新型稀磁半导体打下良好基础。具体如下:  1.对于不掺杂的YCuSO母体进行了第一性原理计算的可靠性分析及结构优化,然后计算了其电子结构和光学性质。结果显示:YCuSO材料的反射率和吸收系数峰值分别处于 90.8nm和146.5nm,静态介电常数为 7.1。  2.对于双位等量掺杂的(Y0.75Sr0.25)(Cu0.75Mn0.25)SO体系,Sr离子掺杂Y位引入电荷,Mn掺杂Cu位引入自旋。构建2×1×1超晶胞,找出掺杂后的最优化结构;据此考虑自旋后计算能带结构和态密度,进而计算并分析了光学性质。结果显示:(Y0.75Sr0.25)(Cu0.75Mn0.25)SO反射峰位于123.5nm(约96%),吸收峰位于70.7nm (2.6×103/cm)和168.8nm(1.8×105/cm),静态介电常数为5.2。  3. 对于(Y0.875Sr0.125)(Cu0.875Mn0.125)SO体系,除了构建2×2×1超晶胞外,其他计算方法与(Y0.75Sr0.25)(Cu0.75Mn0.25)SO体系相同。结果显示:反射峰位于100.0 nm (约76%),吸收峰位于66nm(1.2×104/cm)和138.9nm(2.2×105/cm),静态介电常数为6.3。  比较发现:掺杂后,反射和吸收峰位“红移”,静态介电常数减小。  4.实验上利用固相反应法制备了(Y1-xSrx)(Cu0.925Mn0.075)SO(x=0,0.05,0.075,0.1)体系样品。XRD拟合分析显示晶格常数a和c随Sr掺杂量的增加而变大。低温电阻随着掺杂量的变化由半导体性向金属性过渡。磁化曲线显示当x=0.05和0.1,体系有可能是稀磁半导体。PL谱表明在固定Mn含量为0.075时,随着Sr掺杂量的增加,峰型半高宽增加,强度降低。
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