Cu掺杂AlN的铁磁稳定性的第一性原理计算

文章采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法,结合广义梯度近似计算了Cu掺杂AlN的晶格常数、能带结构、电子态密度、铁磁态和反铁磁态的总能量,并通过平均场近似的海森堡模型估算了居里温度Tc。结果表明,Cu掺杂体系的能带结构呈现半金属性,半金属能隙为0.442eV。铁磁性是Cu原子的3d态与其最近邻的N原子的2p态通过p-d杂化作用而稳定的。当两个Cu原子相距最远且自旋平行排列时,体系具有最低的能量,估算出此时的居里温度高于室温,因此Cu掺杂AlN有望作为稀磁半导体材料。     

稀土元素Gd掺杂GaN的电子结构和磁学性质研究

采用基于密度泛函理论(DFT)结合投影缀加平面波(PAW)的方法,通过VASP软件包计算研究了稀土元素Gd掺杂GaN的晶格参数、形成能、电子态密度、能带结构和磁学性质.计算过程中将稀土元素Gd的4f电子计入价电子,采用LSDA+U方法处理4f电子的强关联效应.计算结果表明:Gd原子之间的耦合是反铁磁性的,当有足够的空穴载流子存在时能够稳定铁磁相;Ga空位虽然能够提供空穴稳定铁磁相,但是由于在p型GaN中Ga空位的形成能较高而难以形成;而间隙N缺陷和间隙O缺陷的形成能较低,能够稳定GaN∶Gd体系的铁磁相并且能够分别引入1μB和2μB的磁矩,因此认为间隙N和O可能是巨大磁矩的来源.     

镧系掺杂ZnO的电子结构和光学性质

通过第一性原理计算研究了镧系元素掺杂ZnO的电子结构和光学性质.结果表明:单层ZnO中掺杂形成能低于体ZnO的形成能.较Zn原子而言,具有更大原子半径的镧系原子的引入使得掺杂后的ZnO的晶格常数变大.镧系元素的4f电子与O的2s和Zn的3p、4s轨道电子的杂化使非磁性的ZnO在掺入单个镧系原子后呈现出一定的铁磁性.镧系...     

V掺杂ZnO性质的第一性原理研究

采用第一性原理平面波超软赝势,计算了纤锌矿ZnO和不同浓度的V掺杂ZnO晶体的能带结构、态密度和分波态密度.计算表明,V的掺杂导致ZnO晶格发生了微小膨胀,禁带宽度变窄,体系引入的杂质能级靠近导带底,费米能级进入了导带并且穿插在杂质能级中,自旋态密度分布具有不对称性,自旋向上的电子数比自旋向下的电子数多,对态密度进行积分后发现V掺杂ZnO体系表现出净磁矩,具有磁性.当V掺杂后,V-3d态电子与O-2p态电子的态密度分布大部分重合,形成了pd杂化.     

高压下L1_0-FePd晶态合金的物性研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波的方法,结合广义梯度(GGA)近似计算了高压下四方相L1_0-FePd晶态合金的结构稳定性、晶格常数、焓差、磁性及电子态密度.计算得出压力小于170 GPa时,考虑磁性的体系比不考虑磁性的体系更稳定,呈铁磁态合金,L1_0-FePd晶态合金的磁矩随着压力的增大不断减小;当压力大于170 GPa时,考虑磁性的体系与不考虑磁性的体系的焓基本相同,且体系的铁磁性消失,电子极化态密度趋于对称.因此,L1_0-FePd铁磁性合金的铁磁性坍塌临界压力处于170 GPa附近.     

BiMnO3的铁电铁磁机制,轨道有序和自旋有序的第一原理

为了探讨多铁材料铁电畸变的根本机制及其电子结构对于性能的影响,采用基于密度泛函理论的广义梯度近似方法,对多铁材料BiMnO3的高温顺电顺磁相、室温铁电顺磁相和低温铁电铁磁相的电子结构做了第一原理计算.对态密度、电子密度以及Mulliken电荷等计算结果的分析表明:Bi-6p轨道与O-2p轨道间的选择性共价作用增强是铁电畸变的首要引发因素,6s电子的极化也是其导致的效应之一.对与多铁现象共生的轨道有序和自旋有序的研究指出了去中心化的晶格畸变、Jahn-Teller畸变和自旋失措引发的晶格畸变三者之间的相互耦合以及耦合对铁电铁磁性的影响.     

碳纳米管超晶格结构的第一性原理

针对掺杂N、B、Si的碳纳米管超晶格的电子结构及拉伸性能,运用第一性原理进行了相关研究.结果表明,碳纳米管超晶格会形成类似管状结构.不同掺杂元素导致碳纳米管超晶格的结构稳定性有所不同.碳纳米管经掺杂后,能带中的能隙由半导体性转变为金属性,且费米能级处的态密度值增大,表明碳纳米管超晶格的物理化学活性增强,而结构稳定性降低.对于碳纳米管超晶格而言,结构稳定性从高至低依次为3×1碳氮、1×1碳硼和3×1碳硼纳米管超晶格.     

Mn掺杂GaAs体系的第一性原理研究

基于第一性原理计算方法,研究了Mn掺杂GaAs体系的电子结构、磁结构及磁性来源.首先,计算研究了GaAs的电子结构,证实其半导体性质;其次,发现Mn掺杂浓度为6.25%的GaAs体系的稳定磁结构为铁磁构型,其态密度仍具有半导体性质,分析其磁性主要来源于Mn原子.     

Co掺杂ZnO的第一性原理计算

为了拓宽ZnO光电材料的应用前景,研究了ZnO薄膜的晶体电子结构、掺杂以及光学性质.采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了ZnO和Zn0.9Co0.1O的能带结构、电子结构和光学性质.计算结果表明:纤锌矿ZnO为直接带隙半导体,掺杂10%Co后ZnO能级发生劈裂,态密度向稳定的低能级移动,禁带宽度变窄,吸收谱红移,呈现铁磁性.     

次近邻跃迁引起的一维Hubbard模型铁磁-反铁磁相变

为了探讨一维 Hubbard模型中次近邻相互作用引起的阻错与巡游铁磁性的关系,利用精确对角化方法和密度矩阵重整化群技术,发现在电子浓度和在位库仑相互作用很大的取值范围内,次近邻电子越迁项可以稳定团簇的铁磁性.通过进一步的研究,发现系统的铁磁关联随着系统尺寸的增长会逐渐减弱,并且当体系的尺寸达到临界长度,系统会由铁磁关联转变到反铁磁关联.研究结果证明了一维 Hubbard模型中在小尺度材料中电子型掺杂区存在巡游铁磁相,同时,为理解近来发现的金属以及金属氧化物团簇的巡游铁磁性的起源提供了理论基础.