ZnO1-xCx稀磁半导体的磁特性的第一性原理和蒙特卡罗研究

摘要

利用第一性原理计算得到C掺杂ZnO的电子结构,发现系统具有半金属的电子结构.从态密度的分析可以看到Zn-3d和C-2p电子具有强烈的杂化作用,这是体系具有相对稳定铁磁基态的原因.利用第一性原理得到的磁性耦合强度并结合蒙特卡罗模拟得到了C掺杂浓度为5.55%,8.33%,12.5%的ZnO1-xCx分别具有210 K,260 K,690 K的居里温度.同时,详细地分析了C掺杂引起的电子转移和C,Zn,O的s,p和d电子的自旋向上和自旋向下电子数的变化.通过比较研究,发现ZnO1-xCx的局域磁矩主要来源于Zn-3d 电子和C-2p 电子之间的相互作用,而局域磁矩耦合倾向于RKKY耦合.