ZnS(111)表面掺杂Mn的电子结构和磁性的第一性原理研究  

First-Principles Study of Structural,Electronic,and Magnetic Properties of Mn-Doped ZnS( 111) Surfaces

作　　者：宋德王[1] 牛原[1] 肖黎鸥[2] 李丹[1] 

机构地区：[1]北京交通大学物理系,北京100044 [2]北京交通大学材料科学与工程研究所,北京100044

出　　处：《计算物理》2013年第5期783-790,共8页Chinese Journal of Computational Physics

基　　金：国家自然科学基金(60776039;604006005);北京市自然科学基金(3062016);北京交通大学基金;中央高校基本科研业务费专项资金(2011JBZ013;2009JBM105;2009JBZ019);国家国际科技合作专项(21174016)资助项目

摘　　要：应用基于密度泛函理论的第一性原理,研究Mn原子掺杂在ZnS(111)表面的电子结构和磁性.对于单原子的掺杂组态,替位表面第一层的Zn原子时体系形成能最低,说明该层是最稳定的掺杂位置.体系总磁矩取决于Mn原子的局域环境.而对于双掺杂组态,当Mn与Mn之间呈短程铁磁耦合作用时体系最稳定.这可由Mn原子和近邻S原子的p-d杂化作用解释.此时,体系的居里温度估算值为469 K,明显高于室温,具有理论指导意义.Mn原子和受主半导体之间的相互作用是自旋极化产生的主要原因.计算结果表明,该掺杂材料可以很好的用来制作稀磁半导体,具有良好的应用前景.With first-principles method based on density functional theory, we studied structural, electronic, and magnetic properties of ZnS（ 111 ） surfaces monodoped and bidoped with Mn atoms. In monodoped configuration, the most energetically favorable location of Mn incorporated into ZnS （ 111 ） surfaces is in the first Zn atomic layer. Total magnetic moment depends on local structure of Mn atom. In bidoped configuration, short-range ferromagnetism can be explained with existence of strong p-d hybridization between Mn atom and its nearest neighboring S atoms. A Curie temperature of 469 K higher than room temperature is evaluated. Interaction between doping Mn atoms and host semiconductors is major reason for generation of spin polarization. It shows a prospecting prediction for further study of diluted magnetic semiconductors which may be useful in technological application.

关 键 词：ZnS（111）表面 第一性原理 电子结构 稀磁半导体 

分 类 号：O469[理学—凝聚态物理]