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《cu摻雜gan基稀磁半導(dǎo)體第一性原理的研究論文》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、摘要稀磁半導(dǎo)體材料可以同時(shí)利用電子的電荷和白旋這兩個(gè)自由度作為信息載體，是白旋電子器件的關(guān)鍵材料，擁有廣闊的應(yīng)用前景。目前稀磁半導(dǎo)體材料面臨的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是磁性的產(chǎn)生機(jī)理和尋找高居里溫度的稀磁半導(dǎo)體材料。寬禁帶氮化物半導(dǎo)體GaN是一種理想的稀磁半導(dǎo)體材料。本論文采用基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理方法，計(jì)算了Cu摻雜GaN體系的電子結(jié)構(gòu)并分析其鐵磁性起源。利用第一性原理結(jié)合平均場(chǎng)理論方法計(jì)算，研究了Cu摻雜GaN體系的磁性以及居里溫度。主要研究結(jié)果如下：首先，采用基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理方法，計(jì)算了Cu摻雜GaN體系的磁矩分布，結(jié)
2、果表明，Cu原子和N原子之間存在鐵磁序耦合，使得體系具有明顯的鐵磁性。對(duì)于摻雜濃度為x=6．25％的(Gal—u茹)N，通過(guò)計(jì)算體系的電子結(jié)構(gòu)分析其磁性起源，Cu原子的d電子軌道和近鄰的N原子的P電子軌道雜化產(chǎn)生自旋交換劈裂，Cu的3d軌道被部分占據(jù)，因而具有凈磁矩。其次，利用第一性原理結(jié)合平均場(chǎng)理論，研究了Cu摻雜的GaN體系中空穴載流子和摻雜原子Cu的sp-d交換作用以及Cu-Cu之間的直接交換作用，計(jì)算了體系與溫度相關(guān)的磁性，得到其居里溫度Z隨Cu摻雜濃度及空穴載流子密度變化的函數(shù)關(guān)系。結(jié)果顯示非磁性的Cu摻雜的GaN能具有室溫鐵磁性。計(jì)算表明
3、這一系統(tǒng)的鐵磁性可以通過(guò)控制Cu摻雜濃度及空穴載流子密度來(lái)調(diào)控，且預(yù)測(cè)的體系居里溫度與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。總之，第一性原理計(jì)算結(jié)果表明：Cu摻雜GaN寬禁帶半導(dǎo)體具有明顯的鐵磁性，其鐵磁性與摻雜濃度和空穴載流子密度相關(guān)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)摻雜濃度和空穴載流子密度提高居里溫度。關(guān)鍵詞：稀磁半導(dǎo)體、Cu摻雜、GaN、第一性原理ABSTRACTDilutedmagneticsemiconductors(DMSs)haveabroadapplicationprospectsasacrucialmaterialforspintronics,becausetheyCal
4、lutilizeboththechargeandthespinofelectronssimultaneously．However,themainproblemsofDMSaretoanalysethemechanismofmagnetisminthesesemiconductorsandseektheDMSmaterialswithhighCurietemperature．Thewide-bandgapsemiconductorGaNisapromisingdilutemagneticsemiconductormaterials．Inthispape
5、r,theelectronicbandstructuresanddensityofstatesoftheCu-dopedGaNwerecalculatedbyusingthefirstprinciplesmethodbasedondensityfunctionaltheory(DFT)．Meanwhile,theoriginofthemagnetismWillsanalysed．Asaresult，themagnetizationandtheCurietemperatureoftheCu-dopedGaNwereinvestigatedbyusing
6、thetheoreticalschemecombiningthefirst-principlescalculationsandthestaticmean．fieldtheory．Themainresultsofthepaperareasfollows．Firstly，wecalculatedthemagnetizationdistributioninCu-dopedGaNbyadoptingthefirstprinciplesmethodbasedOlldensityfunctionaltheory．Theresultsshowedthataferr
7、omagneticcouplingamongCuandNatomleadstoaremarkedferromagnetismofthesystem．TheoriginofmagnetismWasanalysedaccordingtotheelectronicbandstructuresanddensityofstatesof(Gal．工k)N防=6．25％)，andismainlyattributedtotheinteractionbetweenCu-ddectronandnearestN-pelectron．The3dshelloftheCuiso
8、nlypartlyoccupied．Asaresult,thereisanetmagneticmomenti
