摘要：稀磁半导体因结合了半导体材料的电荷属性和磁性材料的自旋特性，广泛应用于电子器件和磁性方面，因此对稀磁半导体的研究有重要意义。本文采用第一性原理研究了Cr掺杂LiZnAs体系的稳定构型、磁性来源以及电子结构。首先，通过调研了解到LiZnAs半导体的优越特性及晶体结构；其次，通过比较不同构型下Cr掺杂LiZnAs稀磁半导体体系的能量得出稳定构型，并进一步分析了Cr掺杂LiZnAs的磁性来源，发现主要来源于Cr元素的3d轨道；最后，计算研究了Cr掺杂LiZnAs稀磁半导体体系的电子结构，通过分析电子结构特征发现具有稀磁半导体特性。42816

毕业论文关键词：Cr掺杂LiZnAs；第一性原理；磁性特征；电子结构

The Study on Diluted Semiconductor of Cr Doped LiZnAs by Using The First-principles

Abstract: Due to the properties of charge and spin, diluted magnetic semiconductors are widely used in electronic devices and magnetic field. Therefore, it is of great significance to study diluted magnetic semiconductors. The stable configuration, magnetic source and electronic structure of Cr doped LiZnAs diluted magnetic semiconductors have been studied by using the first principles. First of all, the research of the superior characteristics and crystal structure on LiZnAs semiconductor ; secondly, the stable configuration is gotten by comparing the energies of different configurations of Cr doped LiZnAs dilute magnetic semiconductor, and the magnetic moment mainly comes from the 3d orbitals of Cr atom by further analyzed; finally, the diluted magnetic semiconductor characteristics of Cr doped LiZnAs is found by the study on the electronic structure Cr doped LiZnAs system.

Key Words: Cr Doped LiZnAs; First Principles; Magnetic Characteristics; The Electronic Structure

目    录

摘要 1

引言 1

1.结构模型和计算方法 3

1.1结构模型 3

1.2计算方法 5

2.计算结果与讨论 5

2.1 Cr掺杂LiZnAs的稳定构型 5

2.2 Cr掺杂LiZnAs的磁性来源 6

2.4 Cr掺杂LiZnAs稀磁半导体的应用前景 9

3.结束语 9

参考文献 10

致    谢 12 

Cr掺杂LiZnAs稀磁半导体的第一性原理研究引言

为实现在一种器件上能同时拥有半导体的信号处理和利用磁性的数据存储两种功能，形成结构更简化、集成度更高、运行速率更快、能耗更低的新信息载体，多年来人们一直致力于研究结合了半导体材料的电荷属性和磁性材料的自旋特性的稀磁半导体(diluted magnetic semiconductor简写为DMS) [1] 。稀磁半导体是指II-VI族(ZnO，SnO2，ZnS，ZnTe，ZnSe，CdS)，III-V族(( In，Mn) As，(Ga，Mn) As，GaFeSb，GaMnSb和GaMnN)，IV-VI族或 (Pb1-xMnxTe，Pb1-xEuxTe，Te2Sn，Te2Ge)，I-II-V (LiZnP，LiZnAs，LaZnAsO) 族等半导体化合物中的部分阳离子被3d族过渡金属(TM)或4f族稀土金属的磁性离子替代而形成的新型具有自旋特性的半导体材料。稀磁半导体名称的由来是与一般的磁性材料相比较，稀磁半导体中的磁性离子含量几乎可以忽略不计。在稀磁半导体材料中，磁性离子替代阳离子会形成局域性的顺磁离子，从而产生很强的局域性自旋磁矩，同时存在相互作用的顺磁离子与迁移载流子之间还会产生新的交换相互作用，使稀磁半导体存在具有磁性、显著的磁光效应及磁输运性质等与普通半导体间截然不同的特殊性质。因此研究稀磁半导体具有应用面广、实用性强等意义，并且一直是近年来国内外研究的热点[1-2]。但近年来的研究发现，将过渡金属掺入传统的II-VI或III-V等族半导体中，不仅会引入自旋，而且还会引入载流子，将自旋和电荷相互捆绑，导致电性和磁性的调控维度受到了严重制约。另一方便，基于III-V族DMS的不等价代替严重限制了磁性离子的化学溶解度，导致Mn的平均溶解度不足1%，仅可形成亚稳态薄膜材料[3]，材料的质量不仅取决于制备方法，敏感性比较高的热处理过程也是至关重要的。为解决这两方面的不足，需要研究新型稀磁半导体。