非金属掺杂二维ZnS的磁性和光学性质的第一性原理研究

摘要

采用自旋极化密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了非金属元素(B-F、Si-Cl、As-Br和I)替位掺杂对二维ZnS的能带、态密度和光学性质的影响。计算结果显示:C、N、P、As原子掺杂可以诱导出ZnS的磁性,其磁性主要来源于掺杂原子最外层未被抵消的电子所产生的自旋磁矩。进一步研究两种非金属原子掺杂单层ZnS的磁耦合发现,C 2构型最为稳定,C和N掺杂的体系呈现顺磁性,而As和P掺杂的体系呈现反铁磁性。此外,非金属元素C、N、P、As的掺杂也会影响二维ZnS的光学性质,使其光吸收峰在高能区域出现蓝移,并在低能区域产生新的吸收峰,增强了二维ZnS在红外区的光吸收能力。