掺杂二维GaN材料电子结构和磁学性质的研究

发布时间：2021-05-08 11:51

　　本文基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对碱金属（Li,Na,K和Rb）和碱土金属（Be,Mg和Sr）原子以及ⅠB族（Cu,Ag和Au）和ⅡB族（Zn,Cd和Hg）过渡金属原子掺杂二维GaN单层体系的室温铁磁性、磁性起源机理以及磁性交换机制进行研究,其研究结果为低维稀磁半导体材料在自旋电子器件中的应用提供理论参考,主要内容如下:对于碱金属（Li,Na,K和Rb）和碱土金属（Be,Mg和Sr）替位掺杂二维GaN单层的体系,研究了掺杂体系的结构稳定性、电子结构和磁性机理。结构优化显示,仅Be原子掺杂体系掺杂原子仍处于GaN单层平面内,其余掺杂体系掺杂原子均略微隆起,而且形成能对比结果显示富N条件掺杂更易实现。碱金属和碱土金属掺杂体系的总磁矩分别为2和1?_B,与其掺杂引入的空穴数量相符,其主要由杂质原子最近邻N原子贡献,体系其他N原子也有少量贡献。这种磁矩分布的强局域性与扩展性既保证了体系稳定的自旋极化基态,也促成了局域磁矩之间的长程磁性耦合。能带结构表明,掺杂导致的空穴为体系禁带引入了受主能级,使得体系带隙减小,并使碱金属掺杂体系呈现磁性半导体性质,碱土金属掺杂体系... 

【文章来源】：西安石油大学陕西省

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 自旋电子学
    1.2 稀磁半导体
    1.3 d~0铁磁性
        1.3.1 d~0 铁磁性的产生
        1.3.2 d~0 铁磁性研究现状
    1.4 二维材料简介
        1.4.1 新型二维材料
        1.4.2 GaN材料简介
    1.5 本文的主要研究内容、目的及意义
第二章 理论计算基础
    2.1 第一性原理理论
        2.1.1 多粒子体系Schr?dinger方程
        2.1.2 Born-Oppenheimer绝热近似
        2.1.3 Hartree-Fock近似
    2.2 密度泛函理论
        2.2.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.2 Kohn-Sham方程
        2.2.3 交换关联泛函
        2.2.4 DFT理论的求解方法
    2.3 VASP软件包简介
第三章 碱金属和碱土金属掺杂二维GaN电子结构和磁学性质的第一性原理研究
    3.1 引言
    3.2 计算方法和模型
    3.3 结果分析与讨论
        3.3.1 单掺杂体系结构和稳定性分析
        3.3.2 掺杂体系磁性和自旋电荷密度分析
        3.3.3 掺杂体系电子结构分析
        3.3.4 掺杂体系磁性机理分析
        3.3.5 双原子掺杂体系磁性耦合分析
    3.4 本章小结
第四章 ⅠB族及ⅡB族过渡金属掺杂二维GaN材料电子结构和磁学性质的第一性原理研究
    4.1 引言
    4.2 计算方法和模型
    4.3 结果分析与讨论
        4.3.1 单掺杂体系结构和稳定性分析
        4.3.2 掺杂体系磁性和自旋电荷密度分析
        4.3.3 掺杂体系电子结构分析
        4.3.4 掺杂体系磁性机理分析
        4.3.5 双原子掺杂体系磁性耦合分析
    4.4 本章小结
第五章 结论
    5.1 全文总结
    5.2 工作展望
致谢
参考文献
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果



本文编号：3175289