Co掺杂钙钛矿SrTiO3磁性机理的理论研究

采用第一性原理LDA+U方法研究了Co掺杂SrTiO3的磁性机理,对不同掺杂体系的基态能量、电子结构、态密度、居里温度及缺陷替位能进行了计算分析。结果表明,无氧空位的掺杂体系呈现出反铁磁性或顺磁性,而有氧空位掺杂体系却表现出铁磁性;掺杂体系的晶胞磁矩主要来自于Co离子局域磁矩的贡献;随着Co和氧空位浓度的增加,掺杂体系表现出室温铁磁性;Co离子和氧空位的共同作用降低了体系的缺陷替位能;掺杂体系中Co离子之间的铁磁性耦合可以用束缚磁极子机制解释。     

Cu掺杂β-Ga2O3电子结构和磁学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理方法,结合广义梯度近似研究了Cu掺杂β-Ga2O3系统的磁学特性。计算结果表明,单Cu的掺杂,稳定体系倾向于自旋极化态,且Cu替代八面体的Ga(B)时系统更稳定,容易在实验上形成;Cu掺杂β-Ga2O3呈现出半金属特性,Cu的掺杂引入了2.0μB磁矩,其中局域在Cu原子上的磁矩为0.45μB,其余主要来自于Cu杂质周围的氧原子。由于电荷补偿效应,在Cu掺杂β-Ga2O3系统中引入氧空位时,体系磁矩减小到零。在2个Cu取代Ga的10种构型中,A1-B3构型的能量最低,且显示出铁磁性,磁矩为3.8μB。考虑氧空位后,A1-B3构型的反铁磁性和铁磁性能量差增大,磁矩减小到1.0μB。     

缺陷对RRAM材料阻变机理的影响

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理和VASP仿真软件,分析了阻变随机存储器(RRAM)阻变效应的物理机制。对比计算了单斜晶相HfO2中Ag掺杂体系、氧空位缺陷体系和Ag及氧空位缺陷共掺杂复合缺陷体系的能带、态密度、分波电荷态密度面和形成能,结果表明在相同浓度下Ag掺杂体系能形成导电通道,而氧空位缺陷体系不能形成导电通道;共掺杂体系中其阻变机制以Ag传导为主,氧空位缺陷为辅,且其形成能变小,体系更加稳定。计算共掺杂体系的布居数和迁移势垒,得出在氧空位缺陷存在的前提下,Ag—O键长明显增加,Ag离子的迁移势垒变小,电化学性能增强。进一步计算了缺陷间的相互作用能,其值为负,表明缺陷间具有相互缔合作用,体系更加稳定。     

ZnO和Y掺杂ZnO薄膜磁性的研究

用基于密度泛函理论的全势线性缀加平面波方法和模拟缺陷结构的超原胞的方法,通过计算比较ZnO、Zn15Y1O16Zn16O15、Zn15O16和Zn14Y1O16五个体系的自旋极化电子态密度,分析了O空位和Zn空位两种点缺陷对Y掺杂ZnO薄膜磁性的贡献,计算结果表明,氧化锌和钇掺杂氧化锌薄膜的磁性都来源于Zn空位周围被极化的O原子。     

衬底温度对Mg0.1Zn0.9O薄膜结构及光学性能的影响

利用射频磁控溅射技术在不同温度的(100)Si和玻璃衬底上成功地制备了c轴择优取向的Mg0.1Zn0.9O薄膜.通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、紫外可见光分光光度计和光致发光谱研究了衬底温度对Mg0.1Zn0.9O薄膜结构、表面形貌和光学性能的影响,结果表明,在衬底温度为400℃时生长的Mg0.1Zn0.9O薄膜具有很好的c轴取向和较好的光学性能.用激发波长为300nm的氙灯作为激发光源得到不同衬底温度下Mg0.1Zn0.9O薄膜的室温PL谱.分析表明,紫外发光峰与薄膜的结晶质量密切相关,蓝光发射与氧空位有关.简单探讨了衬底温度影响紫外光致发光峰红移和蓝移的可能机理.     

Ce_(1-x)Y_xO_(2-δ)(x=0,0.15,0.25)纳米粉体的氧化-还原性能研究

为了研究氧化铈(YDC)材料的氧化还原性能,通过水溶液体系中沉淀反应平衡的计算,研究了Y3+、Ce3+在水溶液体系中共沉淀的pH值条件,并制备了Ce1-xYxO2-δ(x=0,15%,25%)纳米粉体,平均晶粒尺寸在12 nm左右。通过O2-TPD研究了Ce1-x YxO2-δ纳米粉体在室温~1 000℃的氧气的脱附行为,发现随着Y2O3掺杂量增加,氧脱附峰面积增大,但脱附氧的起始温度提高,说明Y2O3的掺杂使样品中的氧空位增加,增加了氧的脱附量。通过H2-TPR研究了Ce1-xYxO2-δ纳米粉体在200~1 000℃条件下的氢气还原能力,发现随着Y2O3掺杂量增加,在450~650℃,Ce1-xYxO2-δ纳米粉体消耗H2峰强度逐渐增大,说明Ce1-xYxO2-δ的抗还原性能提高;在750~950℃,CeO2纳米粉体的消耗H2峰强度逐渐减小,说明CeO2抗还原的能力逐渐降低。通过O-1s和Ce3d XPS能谱分析结果可知,随着Y2O3掺杂量增加,Ce1-xYxO2-δ纳米粉体的晶格氧峰和吸附氧峰的强度降低,证明了在加热过程中,Ce1-xYxO2-δ的氧气脱附量逐渐增大;相对在空气条件下加热处理的样品,在10%H2/Ar混合气体条件下加热处理后,Ce1-xYxO2-δ纳米粉体中有部分的Ce4+被还原为Ce3+。     

N空位、Ga空位对GaN∶Mn体系电磁性质和光学性质影响的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法分别计算了VGa和VN距掺入Mn原子为近邻、次近邻、远近邻各3种情况下GaN体系的电子结构和光学性质,分析比较了空位的不同位置对Mn掺杂GaN体系磁性的影响。计算结果表明,Mn掺杂会导致GaN体系带隙增大且体系表现为半金属铁磁性;VN的存在会增强缺陷复合物体系的铁磁性,且随着VN相对杂质Mn距离越近,体系总磁矩增加;而VGa的存在会降低缺陷复合物体系的铁磁性,且随Ga空位相对杂质Mn距离越近,体系总磁矩减少。不同位置的VGa和VN均会导致缺陷复合物体系主吸收峰和光吸收边相对于单Mn掺杂而言向低能方向移动,出现红移现象。     

ZnO对BaZr_(0.9)Y_(0.1)O_(2.95)-BaCe_(0.9)Y_(0.1)O_(2.95)复相质子导体烧结和电性能的影响

采用ZnO掺杂和与ZnO直接混合两种方式分别制备10 wt%BaZr0.9Y0.1O2.95-90 wt%BaCe0.86Y0.1Zn0.04O2.91(BZY-BCYZn)和10wt%BaZr0.9Y0.1O2.95-90wt%BaCe0.9Y0.1O2.95-ZnO(BZY-BCY-ZnO)复相电解质材料,比较ZnO的不同引入方式对BZY-BCY复相电解质烧结和电性能的影响。结果表明:ZnO掺杂制备的BZYBCYZn电解质材料具有更加致密的显微结构和更高的电导率,在1350℃烧结5h基本达到致密,在600℃湿润Ar条件下电导率达到7.3mS/cm。     

Zn1-xFexO精细结构的第一性原理研究

计算了Fe掺杂ZnO体系几何结构和电子结构,分析了掺杂对ZnO晶体的电子结构、磁矩、电子态密度、磁学性质的影响.所有计算都是基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一原理平面波赝势方法.计算结果表明:Fe3 并不能占据准确的Zn2 位置,而是沿c轴方向位移了一段距离Δz,这是引起Zn1-xFexO铁磁性的主要原因,理论计算结果与试验结果吻合.     

空位氧化锌第一性原理平面波赝势方法研究

利用密度泛函理论平面波赝势法,结合广义梯度近似构建了纯净ZnO和空位ZnO的超晶胞模型,利用第一性原理进行计算.结果表明,纯净ZnO中O原子或者Zn原子的减少都会使ZnO的禁带宽度增大,O空位是施主缺陷,Zn空位是受主缺陷.O原子的减少将使Zn 3d电子态不再发生能级分裂,同时氧空位的增多将导致ZnO电导率下降.