非磁性元素Cu掺杂ZnO纳米层的磁性性质第一性原理计算

摘要

基于第一性原理对非金属元素Cu掺杂ZnO纳米层的电子和磁性性质进行了系统研究。通过计算发现Cu取代Zn位能使体系产生磁性，磁性主要来自Cu3d和其最近邻的O2p在费米能级附近杂化产生的自旋极化。进一步对Cu离子对在ZnO纳米层中的磁性耦合情况进行研究，发现Cu离子在能量上倾向于团聚，且在能量最低态时，呈现出反铁磁耦合，然而随着Cu—Cu的距离增加，又会呈现铁磁性耦合。该研究成果在未来纳米尺寸的磁电材料的应用方面有很大的潜力。