Mo/Ce掺杂对ZnO物性影响的第一性原理研究
发布时间：2021-01-28 15:44
ZnO因为其完美晶体特性,在高温和高压下稳定性良好。凭借着优良的物理性能,ZnO在透明导电氧化物、光催化剂、光电子器件和稀磁半导体等技术领域具有广泛的应用价值。过渡金属或稀土元素掺杂ZnO均能够调控其物理性能,目前已有一定科研成果。然而,过渡金属元素Mo和稀土元素Ce掺杂使得ZnO吸收光谱分布存在红移或蓝移两种相悖的结果,稀土元素Ce掺杂ZnO的磁性机理也频有争议。为了解决这些问题,本文利用Materials Studio 8.0的CASTEP模块,基于DFT的GGA+U方法探究Mo、Ce掺杂对ZnO的光学、电学和磁学性能的影响。为解决关于Mo掺杂ZnO体系吸收光谱的争议,构建了未掺杂ZnO、不同Mo掺杂浓度Zn0.9583Mo0.0417O和Zn0.9375Mo0.0625O超胞模型。其次,为了判断体系的磁性特征,又构建了三种不同Mo-Mo间距的Zn14Mo2O超胞模型。计算体系能带结构、态密度分布、吸收光谱以及磁矩。研究发现,在2.08-3.13at....
【文章来源】：内蒙古工业大学内蒙古自治区
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ZnO晶体的三种结构(a)六方纤锌矿结构;(b)岩盐结构;(c)立方闪锌矿结构
三种超胞模型，模型如图 3-1(d)所示。图中，固定左侧 Mo 原子的位置，另一个 Mo取代 Zn 的位置用数字 1-3 代表。图3-1 计算模型 (a) ZnO; (b) Zn0.9583Mo0.0417O; (c) Zn0.9375Mo0.0625; (d)不同空间有序占位 Mo 双掺ZnO 体系 Zn14Mo2O16Fig. 3-1. Calculation model (a) ZnO; (b) Zn0.9583Mo0.0417O; (c) Zn0.9375Mo0.0625O; (d) Zn14Mo2O16withMo double-doped ZnO at various spatial arrangements
Mo0.0625O超胞的净自旋密度分布如图3-5所示。由图3-5可知，Mo掺杂ZnO的总磁矩来自于自旋极化的Mo原子和O原子。这与分波态密度的分析结论相吻合。计算得出，不同空间有序占位Mo双掺ZnO的AFM和FM总能量、总能量之差和总磁矩见表3-4所示。由表3-4可知，当掺杂Mo-Mo间距分别为0.4566nm时，体系Zn14Mo2O1超胞模型FM设置的总能量约为-34772.0480 eV，掺杂体系AFM设置的总能量约为-34772.2074 eV，二者的总能量之差ΔE = (EAFM-EFM)/2 =79.7meV，总磁矩为零，体系是反铁磁性的；当掺杂Mo-Mo间距为0.4566nm时
【参考文献】：
期刊论文
[1]空位缺陷及Mg替位对纤锌矿（Ga,Mn）N电子结构和磁光性能的影响[J]. 徐大庆,李培咸,娄永乐,岳改丽,张超,张岩,刘宁庄,杨波. 物理学报. 2016(19)
[2]Ti掺杂ZnO光电性能的第一性原理研究[J]. 曲灵丰,侯清玉,许镇潮,赵春旺. 物理学报. 2016(15)
[3]In掺杂ZnO电子结构的第一性原理研究[J]. 刘小村,季燕菊,赵俊卿,刘立强,孙兆鹏,董和磊. 物理学报. 2010(07)
博士论文
[1]氧化锌基稀磁半导体的第一性原理研究[D]. 陈逸飞.天津大学 2012
本文编号：3005256
【文章来源】：内蒙古工业大学内蒙古自治区
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ZnO晶体的三种结构(a)六方纤锌矿结构;(b)岩盐结构;(c)立方闪锌矿结构
三种超胞模型，模型如图 3-1(d)所示。图中，固定左侧 Mo 原子的位置，另一个 Mo取代 Zn 的位置用数字 1-3 代表。图3-1 计算模型 (a) ZnO; (b) Zn0.9583Mo0.0417O; (c) Zn0.9375Mo0.0625; (d)不同空间有序占位 Mo 双掺ZnO 体系 Zn14Mo2O16Fig. 3-1. Calculation model (a) ZnO; (b) Zn0.9583Mo0.0417O; (c) Zn0.9375Mo0.0625O; (d) Zn14Mo2O16withMo double-doped ZnO at various spatial arrangements
Mo0.0625O超胞的净自旋密度分布如图3-5所示。由图3-5可知，Mo掺杂ZnO的总磁矩来自于自旋极化的Mo原子和O原子。这与分波态密度的分析结论相吻合。计算得出，不同空间有序占位Mo双掺ZnO的AFM和FM总能量、总能量之差和总磁矩见表3-4所示。由表3-4可知，当掺杂Mo-Mo间距分别为0.4566nm时，体系Zn14Mo2O1超胞模型FM设置的总能量约为-34772.0480 eV，掺杂体系AFM设置的总能量约为-34772.2074 eV，二者的总能量之差ΔE = (EAFM-EFM)/2 =79.7meV，总磁矩为零，体系是反铁磁性的；当掺杂Mo-Mo间距为0.4566nm时
【参考文献】：
期刊论文
[1]空位缺陷及Mg替位对纤锌矿（Ga,Mn）N电子结构和磁光性能的影响[J]. 徐大庆,李培咸,娄永乐,岳改丽,张超,张岩,刘宁庄,杨波. 物理学报. 2016(19)
[2]Ti掺杂ZnO光电性能的第一性原理研究[J]. 曲灵丰,侯清玉,许镇潮,赵春旺. 物理学报. 2016(15)
[3]In掺杂ZnO电子结构的第一性原理研究[J]. 刘小村,季燕菊,赵俊卿,刘立强,孙兆鹏,董和磊. 物理学报. 2010(07)
博士论文
[1]氧化锌基稀磁半导体的第一性原理研究[D]. 陈逸飞.天津大学 2012
本文编号：3005256
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