钴掺杂氧化锌铁磁性的第一性原理计算

摘要

应用密度泛函理论(DFT)第一性原理计算方法对有氧空位的钴掺杂氧化锌多种不同磁性结构模型进行研究.通过对每个模型掺入两个钴原子去除一个氧原子,建立多种模型并进行计算,得到每种模型总能量、电子结构、电子态偏态密度.发现与空位相邻Zn原子周围的氧原子上下自旋偏态密度无明显劈裂但峰值有所减小,这是由于空位束缚了Zn的部分电子使Zn周围的O原子获得电子减少.Co原子之间形成键长为2.605布居数为0.48的化学键,这是空位缺陷是空位附近原子几何位置发生弛豫空位束缚电子共同作用所导致的结果,这也使Co原子之间通过氧空位束缚的电子发生直接的铁磁交换作用成为可能,含氧空位的Co掺在ZnO表现出铁磁性.