1、材料加工工程专业优秀论文 AlN 基稀磁半导体的第一性原理计算关键词：自旋电子学 密度泛函理论 电子结构 铁磁性 稀磁半导体 第一性原理计算摘要：传统的电子元件，比如二极管和三极管，它们的信息载体都是电子电荷，电子的自旋没有被利用。近些年来，半导体自旋电子学(spintronics)的研究表明，稀磁半导体(DMS)能够同时利用电子的电荷和自旋来进行信息的处理和存储，在磁学、光学、电学等领域具有广泛的应用前景。理想的稀磁半导体应具有良好的室温铁磁性，但目前由于实验重复性差等原因，一直未能得到广泛的应用，这就首先需要从理论上对其进行预测和分析。 随着科学技术的发展，计算机的性能得到了极大的提高，使
2、得通过计算机模拟设计新型功能材料成为可能。本文的工作是借助计算机模拟预测了具有良好室温铁磁性的新一代 AlN 基稀磁半导体材料，为实验提供了理论指导。 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，首先计算了 AlN 晶胞的几何结构和电子结构，得到了与实验相似的结果，并为后面的计算提供了良好的参数设置。随后采用超原胞方法搭建了 AlN 的空位模型，通过对计算结果的分析可知，含 Al 空位的 AlN 存在自旋极化态，可以使 AlN 产生半金属铁磁性，磁矩为 1.0B，主要来自于空位周围的四个 N 原子的 p 轨道电子，而本征态和 N 空位的 AlN 均不存在自旋极化态，没有磁性；Al空位的形成能低于 N
3、 空位的形成能，空位也不会引起 AlN 光学性能的根本性变化。 通过对采用超原胞方法搭建的Allt;,15gt;MNlt;,16gt;(M=Mg、Cu、Zn、Pd)四种体系模型的计算，得知这四种体系都存在自旋极化态，均具有半金属铁磁性，但磁矩大小和来源均有所不同。Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;和 Allt;,15gt;ZnNlt;,16gt;的磁矩均为 1.0B，主要来源于 Mg 或 Zn 周围的四个 N 原子的 p 轨道电子，而Allt;,15gt;CuNlt;,16gt;和Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;的磁矩均为 2.0B，主要来源于 Cu 或 Pd 的 d
4、 轨道电子与 N 原子的 p 轨道电子发生的杂化作用，且Mg、Cu、Zn、Pd 掺杂不会引起 AlN 光学性能的根本性变化；这四种体系的形成能关系应为Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;lt;Allt;,15gt;CuNlt;,16gt;lt;Allt;,15gt;ZnNlt;16gt;lt;Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;，且四种体系均会表现出稳定的铁磁状态；根据平均场近似的海森堡模型理论推断出，四种体系的居里温度关系为Allt;,15.CuNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;gt
5、;Allt;,15gt;ZnNlt;,16gt;，且都大于 350K，具有良好的室温铁磁性，可以作为理想的稀磁半导体材料。正文内容传统的电子元件，比如二极管和三极管，它们的信息载体都是电子电荷，电子的自旋没有被利用。近些年来，半导体自旋电子学(spintronics)的研究表明，稀磁半导体(DMS)能够同时利用电子的电荷和自旋来进行信息的处理和存储，在磁学、光学、电学等领域具有广泛的应用前景。理想的稀磁半导体应具有良好的室温铁磁性，但目前由于实验重复性差等原因，一直未能得到广泛的应用，这就首先需要从理论上对其进行预测和分析。 随着科学技术的发展，计算机的性能得到了极大的提高，使得通过计算机模拟
6、设计新型功能材料成为可能。本文的工作是借助计算机模拟预测了具有良好室温铁磁性的新一代 AlN 基稀磁半导体材料，为实验提供了理论指导。 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，首先计算了 AlN 晶胞的几何结构和电子结构，得到了与实验相似的结果，并为后面的计算提供了良好的参数设置。随后采用超原胞方法搭建了 AlN 的空位模型，通过对计算结果的分析可知，含 Al 空位的 AlN 存在自旋极化态，可以使 AlN 产生半金属铁磁性，磁矩为 1.0B，主要来自于空位周围的四个 N 原子的 p 轨道电子，而本征态和 N 空位的 AlN 均不存在自旋极化态，没有磁性；Al空位的形成能低于 N 空位的形成能，
7、空位也不会引起 AlN 光学性能的根本性变化。 通过对采用超原胞方法搭建的Allt;,15gt;MNlt;,16gt;(M=Mg、Cu、Zn、Pd)四种体系模型的计算，得知这四种体系都存在自旋极化态，均具有半金属铁磁性，但磁矩大小和来源均有所不同。Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;和 Allt;,15gt;ZnNlt;,16gt;的磁矩均为 1.0B，主要来源于 Mg 或 Zn 周围的四个 N 原子的 p 轨道电子，而Allt;,15gt;CuNlt;,16gt;和Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;的磁矩均为 2.0B，主要来源于 Cu 或 Pd 的 d 轨道电子与 N
8、 原子的 p 轨道电子发生的杂化作用，且Mg、Cu、Zn、Pd 掺杂不会引起 AlN 光学性能的根本性变化；这四种体系的形成能关系应为Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;lt;Allt;,15gt;CuNlt;,16gt;lt;Allt;,15gt;ZnNlt;16gt;lt;Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;，且四种体系均会表现出稳定的铁磁状态；根据平均场近似的海森堡模型理论推断出，四种体系的居里温度关系为Allt;,15.CuNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;gt;Allt;,1
9、5gt;ZnNlt;,16gt;，且都大于 350K，具有良好的室温铁磁性，可以作为理想的稀磁半导体材料。传统的电子元件，比如二极管和三极管，它们的信息载体都是电子电荷，电子的自旋没有被利用。近些年来，半导体自旋电子学(spintronics)的研究表明，稀磁半导体(DMS)能够同时利用电子的电荷和自旋来进行信息的处理和存储，在磁学、光学、电学等领域具有广泛的应用前景。理想的稀磁半导体应具有良好的室温铁磁性，但目前由于实验重复性差等原因，一直未能得到广泛的应用，这就首先需要从理论上对其进行预测和分析。 随着科学技术的发展，计算机的性能得到了极大的提高，使得通过计算机模拟设计新型功能材料成为可能
10、。本文的工作是借助计算机模拟预测了具有良好室温铁磁性的新一代 AlN 基稀磁半导体材料，为实验提供了理论指导。 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，首先计算了 AlN 晶胞的几何结构和电子结构，得到了与实验相似的结果，并为后面的计算提供了良好的参数设置。随后采用超原胞方法搭建了 AlN 的空位模型，通过对计算结果的分析可知，含 Al 空位的 AlN 存在自旋极化态，可以使 AlN 产生半金属铁磁性，磁矩为 1.0B，主要来自于空位周围的四个 N 原子的 p 轨道电子，而本征态和 N 空位的 AlN 均不存在自旋极化态，没有磁性；Al空位的形成能低于 N 空位的形成能，空位也不会引起 AlN
11、光学性能的根本性变化。 通过对采用超原胞方法搭建的Allt;,15gt;MNlt;,16gt;(M=Mg、Cu、Zn、Pd)四种体系模型的计算，得知这四种体系都存在自旋极化态，均具有半金属铁磁性，但磁矩大小和来源均有所不同。Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;和 Allt;,15gt;ZnNlt;,16gt;的磁矩均为 1.0B，主要来源于 Mg 或 Zn 周围的四个 N 原子的 p 轨道电子，而Allt;,15gt;CuNlt;,16gt;和Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;的磁矩均为 2.0B，主要来源于 Cu 或 Pd 的 d 轨道电子与 N 原子的 p 轨道电子发
12、生的杂化作用，且Mg、Cu、Zn、Pd 掺杂不会引起 AlN 光学性能的根本性变化；这四种体系的形成能关系应为Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;lt;Allt;,15gt;CuNlt;,16gt;lt;Allt;,15gt;ZnNlt;16gt;lt;Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;，且四种体系均会表现出稳定的铁磁状态；根据平均场近似的海森堡模型理论推断出，四种体系的居里温度关系为Allt;,15.CuNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;ZnNlt;,1
13、6gt;，且都大于 350K，具有良好的室温铁磁性，可以作为理想的稀磁半导体材料。传统的电子元件，比如二极管和三极管，它们的信息载体都是电子电荷，电子的自旋没有被利用。近些年来，半导体自旋电子学(spintronics)的研究表明，稀磁半导体(DMS)能够同时利用电子的电荷和自旋来进行信息的处理和存储，在磁学、光学、电学等领域具有广泛的应用前景。理想的稀磁半导体应具有良好的室温铁磁性，但目前由于实验重复性差等原因，一直未能得到广泛的应用，这就首先需要从理论上对其进行预测和分析。 随着科学技术的发展，计算机的性能得到了极大的提高，使得通过计算机模拟设计新型功能材料成为可能。本文的工作是借助计算机
14、模拟预测了具有良好室温铁磁性的新一代 AlN 基稀磁半导体材料，为实验提供了理论指导。 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，首先计算了 AlN 晶胞的几何结构和电子结构，得到了与实验相似的结果，并为后面的计算提供了良好的参数设置。随后采用超原胞方法搭建了 AlN 的空位模型，通过对计算结果的分析可知，含 Al 空位的 AlN 存在自旋极化态，可以使 AlN 产生半金属铁磁性，磁矩为 1.0B，主要来自于空位周围的四个 N 原子的 p 轨道电子，而本征态和 N 空位的 AlN 均不存在自旋极化态，没有磁性；Al空位的形成能低于 N 空位的形成能，空位也不会引起 AlN 光学性能的根本性变化。
15、通过对采用超原胞方法搭建的Allt;,15gt;MNlt;,16gt;(M=Mg、Cu、Zn、Pd)四种体系模型的计算，得知这四种体系都存在自旋极化态，均具有半金属铁磁性，但磁矩大小和来源均有所不同。Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;和 Allt;,15gt;ZnNlt;,16gt;的磁矩均为 1.0B，主要来源于 Mg 或 Zn 周围的四个 N 原子的 p 轨道电子，而Allt;,15gt;CuNlt;,16gt;和Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;的磁矩均为 2.0B，主要来源于 Cu 或 Pd 的 d 轨道电子与 N 原子的 p 轨道电子发生的杂化作用，且Mg、C
16、u、Zn、Pd 掺杂不会引起 AlN 光学性能的根本性变化；这四种体系的形成能关系应为Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;lt;Allt;,15gt;CuNlt;,16gt;lt;Allt;,15gt;ZnNlt;16gt;lt;Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;，且四种体系均会表现出稳定的铁磁状态；根据平均场近似的海森堡模型理论推断出，四种体系的居里温度关系为Allt;,15.CuNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;ZnNlt;,16gt;，且都大于 35
17、0K，具有良好的室温铁磁性，可以作为理想的稀磁半导体材料。传统的电子元件，比如二极管和三极管，它们的信息载体都是电子电荷，电子的自旋没有被利用。近些年来，半导体自旋电子学(spintronics)的研究表明，稀磁半导体(DMS)能够同时利用电子的电荷和自旋来进行信息的处理和存储，在磁学、光学、电学等领域具有广泛的应用前景。理想的稀磁半导体应具有良好的室温铁磁性，但目前由于实验重复性差等原因，一直未能得到广泛的应用，这就首先需要从理论上对其进行预测和分析。 随着科学技术的发展，计算机的性能得到了极大的提高，使得通过计算机模拟设计新型功能材料成为可能。本文的工作是借助计算机模拟预测了具有良好室温铁
18、磁性的新一代 AlN 基稀磁半导体材料，为实验提供了理论指导。 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，首先计算了 AlN 晶胞的几何结构和电子结构，得到了与实验相似的结果，并为后面的计算提供了良好的参数设置。随后采用超原胞方法搭建了 AlN 的空位模型，通过对计算结果的分析可知，含 Al 空位的 AlN 存在自旋极化态，可以使 AlN 产生半金属铁磁性，磁矩为 1.0B，主要来自于空位周围的四个 N 原子的 p 轨道电子，而本征态和 N 空位的 AlN 均不存在自旋极化态，没有磁性；Al空位的形成能低于 N 空位的形成能，空位也不会引起 AlN 光学性能的根本性变化。 通过对采用超原胞方法搭建
19、的Allt;,15gt;MNlt;,16gt;(M=Mg、Cu、Zn、Pd)四种体系模型的计算，得知这四种体系都存在自旋极化态，均具有半金属铁磁性，但磁矩大小和来源均有所不同。Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;和 Allt;,15gt;ZnNlt;,16gt;的磁矩均为 1.0B，主要来源于 Mg 或 Zn 周围的四个 N 原子的 p 轨道电子，而Allt;,15gt;CuNlt;,16gt;和Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;的磁矩均为 2.0B，主要来源于 Cu 或 Pd 的 d 轨道电子与 N 原子的 p 轨道电子发生的杂化作用，且Mg、Cu、Zn、Pd 掺杂不会
20、引起 AlN 光学性能的根本性变化；这四种体系的形成能关系应为Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;lt;Allt;,15gt;CuNlt;,16gt;lt;Allt;,15gt;ZnNlt;16gt;lt;Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;，且四种体系均会表现出稳定的铁磁状态；根据平均场近似的海森堡模型理论推断出，四种体系的居里温度关系为Allt;,15.CuNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;ZnNlt;,16gt;，且都大于 350K，具有良好的室温铁磁
21、性，可以作为理想的稀磁半导体材料。传统的电子元件，比如二极管和三极管，它们的信息载体都是电子电荷，电子的自旋没有被利用。近些年来，半导体自旋电子学(spintronics)的研究表明，稀磁半导体(DMS)能够同时利用电子的电荷和自旋来进行信息的处理和存储，在磁学、光学、电学等领域具有广泛的应用前景。理想的稀磁半导体应具有良好的室温铁磁性，但目前由于实验重复性差等原因，一直未能得到广泛的应用，这就首先需要从理论上对其进行预测和分析。 随着科学技术的发展，计算机的性能得到了极大的提高，使得通过计算机模拟设计新型功能材料成为可能。本文的工作是借助计算机模拟预测了具有良好室温铁磁性的新一代 AlN 基
22、稀磁半导体材料，为实验提供了理论指导。 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，首先计算了 AlN 晶胞的几何结构和电子结构，得到了与实验相似的结果，并为后面的计算提供了良好的参数设置。随后采用超原胞方法搭建了 AlN 的空位模型，通过对计算结果的分析可知，含 Al 空位的 AlN 存在自旋极化态，可以使 AlN 产生半金属铁磁性，磁矩为 1.0B，主要来自于空位周围的四个 N 原子的 p 轨道电子，而本征态和 N 空位的 AlN 均不存在自旋极化态，没有磁性；Al空位的形成能低于 N 空位的形成能，空位也不会引起 AlN 光学性能的根本性变化。 通过对采用超原胞方法搭建的Allt;,15gt;
23、MNlt;,16gt;(M=Mg、Cu、Zn、Pd)四种体系模型的计算，得知这四种体系都存在自旋极化态，均具有半金属铁磁性，但磁矩大小和来源均有所不同。Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;和 Allt;,15gt;ZnNlt;,16gt;的磁矩均为 1.0B，主要来源于 Mg 或 Zn 周围的四个 N 原子的 p 轨道电子，而Allt;,15gt;CuNlt;,16gt;和Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;的磁矩均为 2.0B，主要来源于 Cu 或 Pd 的 d 轨道电子与 N 原子的 p 轨道电子发生的杂化作用，且Mg、Cu、Zn、Pd 掺杂不会引起 AlN 光学性能的
24、根本性变化；这四种体系的形成能关系应为Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;lt;Allt;,15gt;CuNlt;,16gt;lt;Allt;,15gt;ZnNlt;16gt;lt;Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;，且四种体系均会表现出稳定的铁磁状态；根据平均场近似的海森堡模型理论推断出，四种体系的居里温度关系为Allt;,15.CuNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;ZnNlt;,16gt;，且都大于 350K，具有良好的室温铁磁性，可以作为理想的稀磁半
25、导体材料。传统的电子元件，比如二极管和三极管，它们的信息载体都是电子电荷，电子的自旋没有被利用。近些年来，半导体自旋电子学(spintronics)的研究表明，稀磁半导体(DMS)能够同时利用电子的电荷和自旋来进行信息的处理和存储，在磁学、光学、电学等领域具有广泛的应用前景。理想的稀磁半导体应具有良好的室温铁磁性，但目前由于实验重复性差等原因，一直未能得到广泛的应用，这就首先需要从理论上对其进行预测和分析。 随着科学技术的发展，计算机的性能得到了极大的提高，使得通过计算机模拟设计新型功能材料成为可能。本文的工作是借助计算机模拟预测了具有良好室温铁磁性的新一代 AlN 基稀磁半导体材料，为实验提
26、供了理论指导。 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，首先计算了 AlN 晶胞的几何结构和电子结构，得到了与实验相似的结果，并为后面的计算提供了良好的参数设置。随后采用超原胞方法搭建了 AlN 的空位模型，通过对计算结果的分析可知，含 Al 空位的 AlN 存在自旋极化态，可以使 AlN 产生半金属铁磁性，磁矩为 1.0B，主要来自于空位周围的四个 N 原子的 p 轨道电子，而本征态和 N 空位的 AlN 均不存在自旋极化态，没有磁性；Al空位的形成能低于 N 空位的形成能，空位也不会引起 AlN 光学性能的根本性变化。 通过对采用超原胞方法搭建的Allt;,15gt;MNlt;,16gt;(
27、M=Mg、Cu、Zn、Pd)四种体系模型的计算，得知这四种体系都存在自旋极化态，均具有半金属铁磁性，但磁矩大小和来源均有所不同。Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;和 Allt;,15gt;ZnNlt;,16gt;的磁矩均为 1.0B，主要来源于 Mg 或 Zn 周围的四个 N 原子的 p 轨道电子，而Allt;,15gt;CuNlt;,16gt;和Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;的磁矩均为 2.0B，主要来源于 Cu 或 Pd 的 d 轨道电子与 N 原子的 p 轨道电子发生的杂化作用，且Mg、Cu、Zn、Pd 掺杂不会引起 AlN 光学性能的根本性变化；这四种体系的
28、形成能关系应为Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;lt;Allt;,15gt;CuNlt;,16gt;lt;Allt;,15gt;ZnNlt;16gt;lt;Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;，且四种体系均会表现出稳定的铁磁状态；根据平均场近似的海森堡模型理论推断出，四种体系的居里温度关系为Allt;,15.CuNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;ZnNlt;,16gt;，且都大于 350K，具有良好的室温铁磁性，可以作为理想的稀磁半导体材料。传统的电子元件
29、，比如二极管和三极管，它们的信息载体都是电子电荷，电子的自旋没有被利用。近些年来，半导体自旋电子学(spintronics)的研究表明，稀磁半导体(DMS)能够同时利用电子的电荷和自旋来进行信息的处理和存储，在磁学、光学、电学等领域具有广泛的应用前景。理想的稀磁半导体应具有良好的室温铁磁性，但目前由于实验重复性差等原因，一直未能得到广泛的应用，这就首先需要从理论上对其进行预测和分析。 随着科学技术的发展，计算机的性能得到了极大的提高，使得通过计算机模拟设计新型功能材料成为可能。本文的工作是借助计算机模拟预测了具有良好室温铁磁性的新一代 AlN 基稀磁半导体材料，为实验提供了理论指导。 采用基于
30、密度泛函理论的第一性原理方法，首先计算了 AlN 晶胞的几何结构和电子结构，得到了与实验相似的结果，并为后面的计算提供了良好的参数设置。随后采用超原胞方法搭建了 AlN 的空位模型，通过对计算结果的分析可知，含 Al 空位的 AlN 存在自旋极化态，可以使 AlN 产生半金属铁磁性，磁矩为 1.0B，主要来自于空位周围的四个 N 原子的 p 轨道电子，而本征态和 N 空位的 AlN 均不存在自旋极化态，没有磁性；Al空位的形成能低于 N 空位的形成能，空位也不会引起 AlN 光学性能的根本性变化。 通过对采用超原胞方法搭建的Allt;,15gt;MNlt;,16gt;(M=Mg、Cu、Zn、P
31、d)四种体系模型的计算，得知这四种体系都存在自旋极化态，均具有半金属铁磁性，但磁矩大小和来源均有所不同。Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;和 Allt;,15gt;ZnNlt;,16gt;的磁矩均为 1.0B，主要来源于 Mg 或 Zn 周围的四个 N 原子的 p 轨道电子，而Allt;,15gt;CuNlt;,16gt;和Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;的磁矩均为 2.0B，主要来源于 Cu 或 Pd 的 d 轨道电子与 N 原子的 p 轨道电子发生的杂化作用，且Mg、Cu、Zn、Pd 掺杂不会引起 AlN 光学性能的根本性变化；这四种体系的形成能关系应为Allt;
32、,15gt;MgNlt;,16gt;lt;Allt;,15gt;CuNlt;,16gt;lt;Allt;,15gt;ZnNlt;16gt;lt;Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;，且四种体系均会表现出稳定的铁磁状态；根据平均场近似的海森堡模型理论推断出，四种体系的居里温度关系为Allt;,15.CuNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;ZnNlt;,16gt;，且都大于 350K，具有良好的室温铁磁性，可以作为理想的稀磁半导体材料。传统的电子元件，比如二极管和三极管，它
33、们的信息载体都是电子电荷，电子的自旋没有被利用。近些年来，半导体自旋电子学(spintronics)的研究表明，稀磁半导体(DMS)能够同时利用电子的电荷和自旋来进行信息的处理和存储，在磁学、光学、电学等领域具有广泛的应用前景。理想的稀磁半导体应具有良好的室温铁磁性，但目前由于实验重复性差等原因，一直未能得到广泛的应用，这就首先需要从理论上对其进行预测和分析。 随着科学技术的发展，计算机的性能得到了极大的提高，使得通过计算机模拟设计新型功能材料成为可能。本文的工作是借助计算机模拟预测了具有良好室温铁磁性的新一代 AlN 基稀磁半导体材料，为实验提供了理论指导。 采用基于密度泛函理论的第一性原理
34、方法，首先计算了 AlN 晶胞的几何结构和电子结构，得到了与实验相似的结果，并为后面的计算提供了良好的参数设置。随后采用超原胞方法搭建了 AlN 的空位模型，通过对计算结果的分析可知，含 Al 空位的 AlN 存在自旋极化态，可以使 AlN 产生半金属铁磁性，磁矩为 1.0B，主要来自于空位周围的四个 N 原子的 p 轨道电子，而本征态和 N 空位的 AlN 均不存在自旋极化态，没有磁性；Al空位的形成能低于 N 空位的形成能，空位也不会引起 AlN 光学性能的根本性变化。 通过对采用超原胞方法搭建的Allt;,15gt;MNlt;,16gt;(M=Mg、Cu、Zn、Pd)四种体系模型的计算，
35、得知这四种体系都存在自旋极化态，均具有半金属铁磁性，但磁矩大小和来源均有所不同。Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;和 Allt;,15gt;ZnNlt;,16gt;的磁矩均为 1.0B，主要来源于 Mg 或 Zn 周围的四个 N 原子的 p 轨道电子，而Allt;,15gt;CuNlt;,16gt;和Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;的磁矩均为 2.0B，主要来源于 Cu 或 Pd 的 d 轨道电子与 N 原子的 p 轨道电子发生的杂化作用，且Mg、Cu、Zn、Pd 掺杂不会引起 AlN 光学性能的根本性变化；这四种体系的形成能关系应为Allt;,15gt;MgNlt;
36、,16gt;lt;Allt;,15gt;CuNlt;,16gt;lt;Allt;,15gt;ZnNlt;16gt;lt;Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;，且四种体系均会表现出稳定的铁磁状态；根据平均场近似的海森堡模型理论推断出，四种体系的居里温度关系为Allt;,15.CuNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;ZnNlt;,16gt;，且都大于 350K，具有良好的室温铁磁性，可以作为理想的稀磁半导体材料。传统的电子元件，比如二极管和三极管，它们的信息载体都是电子电荷
37、，电子的自旋没有被利用。近些年来，半导体自旋电子学(spintronics)的研究表明，稀磁半导体(DMS)能够同时利用电子的电荷和自旋来进行信息的处理和存储，在磁学、光学、电学等领域具有广泛的应用前景。理想的稀磁半导体应具有良好的室温铁磁性，但目前由于实验重复性差等原因，一直未能得到广泛的应用，这就首先需要从理论上对其进行预测和分析。 随着科学技术的发展，计算机的性能得到了极大的提高，使得通过计算机模拟设计新型功能材料成为可能。本文的工作是借助计算机模拟预测了具有良好室温铁磁性的新一代 AlN 基稀磁半导体材料，为实验提供了理论指导。 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，首先计算了 AlN
38、 晶胞的几何结构和电子结构，得到了与实验相似的结果，并为后面的计算提供了良好的参数设置。随后采用超原胞方法搭建了 AlN 的空位模型，通过对计算结果的分析可知，含 Al 空位的 AlN 存在自旋极化态，可以使 AlN 产生半金属铁磁性，磁矩为 1.0B，主要来自于空位周围的四个 N 原子的 p 轨道电子，而本征态和 N 空位的 AlN 均不存在自旋极化态，没有磁性；Al空位的形成能低于 N 空位的形成能，空位也不会引起 AlN 光学性能的根本性变化。 通过对采用超原胞方法搭建的Allt;,15gt;MNlt;,16gt;(M=Mg、Cu、Zn、Pd)四种体系模型的计算，得知这四种体系都存在自旋
39、极化态，均具有半金属铁磁性，但磁矩大小和来源均有所不同。Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;和 Allt;,15gt;ZnNlt;,16gt;的磁矩均为 1.0B，主要来源于 Mg 或 Zn 周围的四个 N 原子的 p 轨道电子，而Allt;,15gt;CuNlt;,16gt;和Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;的磁矩均为 2.0B，主要来源于 Cu 或 Pd 的 d 轨道电子与 N 原子的 p 轨道电子发生的杂化作用，且Mg、Cu、Zn、Pd 掺杂不会引起 AlN 光学性能的根本性变化；这四种体系的形成能关系应为Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;lt;All
40、t;,15gt;CuNlt;,16gt;lt;Allt;,15gt;ZnNlt;16gt;lt;Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;，且四种体系均会表现出稳定的铁磁状态；根据平均场近似的海森堡模型理论推断出，四种体系的居里温度关系为Allt;,15.CuNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;ZnNlt;,16gt;，且都大于 350K，具有良好的室温铁磁性，可以作为理想的稀磁半导体材料。传统的电子元件，比如二极管和三极管，它们的信息载体都是电子电荷，电子的自旋没有被利用。
41、近些年来，半导体自旋电子学(spintronics)的研究表明，稀磁半导体(DMS)能够同时利用电子的电荷和自旋来进行信息的处理和存储，在磁学、光学、电学等领域具有广泛的应用前景。理想的稀磁半导体应具有良好的室温铁磁性，但目前由于实验重复性差等原因，一直未能得到广泛的应用，这就首先需要从理论上对其进行预测和分析。 随着科学技术的发展，计算机的性能得到了极大的提高，使得通过计算机模拟设计新型功能材料成为可能。本文的工作是借助计算机模拟预测了具有良好室温铁磁性的新一代 AlN 基稀磁半导体材料，为实验提供了理论指导。 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，首先计算了 AlN 晶胞的几何结构和电子结
42、构，得到了与实验相似的结果，并为后面的计算提供了良好的参数设置。随后采用超原胞方法搭建了 AlN 的空位模型，通过对计算结果的分析可知，含 Al 空位的 AlN 存在自旋极化态，可以使 AlN 产生半金属铁磁性，磁矩为 1.0B，主要来自于空位周围的四个 N 原子的 p 轨道电子，而本征态和 N 空位的 AlN 均不存在自旋极化态，没有磁性；Al空位的形成能低于 N 空位的形成能，空位也不会引起 AlN 光学性能的根本性变化。 通过对采用超原胞方法搭建的Allt;,15gt;MNlt;,16gt;(M=Mg、Cu、Zn、Pd)四种体系模型的计算，得知这四种体系都存在自旋极化态，均具有半金属铁磁
43、性，但磁矩大小和来源均有所不同。Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;和 Allt;,15gt;ZnNlt;,16gt;的磁矩均为 1.0B，主要来源于 Mg 或 Zn 周围的四个 N 原子的 p 轨道电子，而Allt;,15gt;CuNlt;,16gt;和Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;的磁矩均为 2.0B，主要来源于 Cu 或 Pd 的 d 轨道电子与 N 原子的 p 轨道电子发生的杂化作用，且Mg、Cu、Zn、Pd 掺杂不会引起 AlN 光学性能的根本性变化；这四种体系的形成能关系应为Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;lt;Allt;,15gt;CuNl
44、t;,16gt;lt;Allt;,15gt;ZnNlt;16gt;lt;Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;，且四种体系均会表现出稳定的铁磁状态；根据平均场近似的海森堡模型理论推断出，四种体系的居里温度关系为Allt;,15.CuNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;PdNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;MgNlt;,16gt;gt;Allt;,15gt;ZnNlt;,16gt;，且都大于 350K，具有良好的室温铁磁性，可以作为理想的稀磁半导体材料。特别提醒 ：正文内容由 PDF 文件转码生成，如您电脑未有相应转换码，则无法显示正文内容，请您下载相应软件，下
45、载地址为 http:/ 。如还不能显示，可以联系我 q q 1627550258 ，提供原格式文档。我们还可提供代笔服务，价格优惠，服务周到，包您通过。“垐垯櫃 换烫梯葺铑?endstreamendobj2x 滌甸?*U 躆 跦?l, 墀 VGi?o 嫅#4K 錶 c#x 刔 彟 2Z 皙笜?D 剧珞 H 鏋 Kx 時 k,褝仆? 稀?i 攸闥-) 荮vJ 釔絓|?殢 D 蘰厣?籶(柶胊?07 姻Rl 遜 ee 醳 B?苒?甊袝 t 弟l?%G 趓毘 N 蒖與叚繜羇坯嵎憛?U?Xd* 蛥?-.臟兄+鮶 m4嵸/E 厤U 閄 r塎偨匰忓tQL 綹 eb?抔搉 ok 怊 J?l?庮 蔘?唍*舶裤爞 K 誵Xr 蛈翏磾寚缳 nE 駔殞梕 壦 e 櫫蹴友搇6 碪近躍邀 8 顪?zFi?U 钮 嬧撯暼坻7/?W?3RQ 碚螅 T 憚磴炬 B- 垥 n 國 0fw 丮“eI?a揦(?7 鳁?H?弋睟栴?霽 N 濎嬄! 盯 鼴蝔 4sxr?溣?檝皞咃 hi#?攊(?v 擗谂馿鏤刊 x 偨棆鯍抰Lyy|y 箲丽膈淢 m7 汍衂法瀶?鴫 C?Q 貖 澔?wC(?9m.Ek?腅僼碓 靔 奲?D| 疑維 d袣箈 Q| 榉慓採紤婏(鞄-h-蜪7I冑?匨+蘮.-懸 6 鶚?蚧?铒鷈?叛牪?蹾 rR?*t? 檸?籕
