Fe、Co、Ni掺杂闪锌矿ZnO磁性的第一性原理研究

摘要

采用密度泛函理论广义梯度近似的第一性原理计算,研究了Fe、Co、Ni掺杂闪锌矿ZnO的能带结构、态密度和磁学性质。结果表明,Fe掺杂闪锌矿ZnO、Co掺杂闪锌矿ZnO与Ni掺杂闪锌矿ZnO的自旋向上和自旋向下的能带结构及态密度均呈现出了较强的不对称性,出现了明显的自旋极化现象。三种掺杂材料均为铁磁性材料,其中Fe掺杂闪锌矿ZnO的基态的稳定性较差,但其磁性最强;Co掺杂闪锌矿ZnO稳定性较好,磁性次之;Ni掺杂闪锌矿ZnO稳定性最强,磁性最差,但仍具有很强的磁性。且三种材料的总磁矩大部分都来自于掺杂原子的磁矩和被掺杂原子诱导出来的O原子的磁矩。最后,用了间接交换作用较好地解释了三种构型的磁性来源和磁性耦合机理。计算结果表明,Fe掺杂闪锌矿ZnO、Co掺杂闪锌矿ZnO和Ni掺杂闪锌矿ZnO均是优异的稀磁半导体材料。