| 【中文题名】 | 稀磁氧化物半导体的几何和电子结构研究 |
| 【英文题名】 | Study of the Geometric and Electronic Structures of Oxide-diluted Magnetic Semiconductors |
| 【学科专业】 | 理论物理 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-11-5 |
| 【中关键词】 | 稀磁氧化物半导体,原子模拟,密度泛函,缺陷团簇,表面偏析,纳晶 |
| 【英关键词】 | Oxide-diluted magnetic semiconductor,Atomistic simulation,Density functional theory,Defect cluster,surface segregation,Nanocrystallite,Magnetism, |
| 【分类导航】 | 数理科学和化学>物理学>半导体物理学>半导体理论>> |
| 【论文摘要】 |
稀磁半导体研究是自旋电子学中的一个重要研究领域,当前研究主要集中在高居里温度的稀磁氧化物和氮化物材料上,其室温铁磁性的来源是争论的焦点,探索该类系统与磁性有关的微结构是解释其磁性机制的关键。
本论文简要回顾了自旋电子学、稀磁半导体以及稀磁氧化物的研究历史和现状;详细阐述了原子模拟方法、密度泛函理论以及电子结构计算方法?离散变分方法和ADF。
我们首先利用原子模拟方法系统研究了Co掺杂TiO2和Fe掺杂SnO2系统中三类典型中性缺陷团簇的局域构型和分布特性,并考察了二维表面相下缺陷团簇的偏析情况;最后我们采用基于密度泛函的第一性原理电子结构计算方法研究分析了纳晶稀磁氧化物的电子结构和磁性。我们的研究表明,三种缺陷团簇[ C oT '' iVO?? ]×、[ C oT ' i CoT'iCoi?? ]×和[ C oT ' i CoT'iVO?? ]×在TiO2锐钛矿和金红石相中,大多喜欢不均匀的分布,这与实验上经常观测到的Co富集现象是吻合的;同时我们发现氧空位更喜欢靠近Co离子,这与第一性原理计算的结果是一致的。
在TiO2二维表面相研究中,我们发现锐钛矿TiO2(011)面和... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
3-4 |
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Abstract |
4-7 |
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第一章 绪论 |
7-14 |
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1.1 自旋电子学与稀磁半导体 |
7-8 |
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1.2 稀磁氧化物半导体的研究现状 |
8-11 |
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1.3 本论文研究的主要内容 |
11-12 |
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参考文献 |
12-14 |
|
第二章 理论模型和计算方法 |
14-31 |
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2.1 引言 |
14 |
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2.2 原子模拟方法 |
14-18 |
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2.2.1 参数化势模型和能量优化 |
14-17 |
|
2.2.2 势参数确定 |
17-18 |
|
2.2.3 GULP程序包简介 |
18 |
|
2.3 第一性原理电子结构计算方法 |
18-23 |
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2.3.1 Born-Oppenhimer 近似和单电子近似 |
18-19 |
|
2.3.2 密度泛函理论 |
19-23 |
|
2.4 离散变分电子结构计算方法 |
23-25 |
|
2.4.1 离散变分法的一般公式 |
23-24 |
|
2.4.2 数值积分 |
24 |
|
2.4.3 基函数的选取 |
24 |
|
2.4.4 库仑势 |
24-25 |
|
2.5 基于离散变分的ADF |
25-30 |
|
2.5.1 Slater基组 |
25 |
|
2.5.2 密度拟合和库仑势 |
25-26 |
|
2.5.3 冻结内轨和对称化 |
26-27 |
|
2.5.4 小分子测试 |
27-30 |
|
参考文献 |
30-31 |
|
第三章 过渡金属掺杂 TiO_2的缺陷结构特性 |
31-62 |
|
3.1 引言 |
31 |
|
3.2 锐钛矿TiO_2体相中局域缺陷结构和分布 |
31-41 |
|
3.2.1 纯净锐钛矿体相结构和性质 |
31-32 |
|
3.2.2 Co掺杂缺陷在TiO_2体相中的结构和分布 |
32-40 |
|
3.2.3 小结 |
40-41 |
|
3.3 锐钛矿TiO_2表面相中的局域缺陷结构和偏析 |
41-48 |
|
3.3.1 纯净锐钛矿表面 |
41-44 |
|
3.3.2 Co掺杂缺陷在锐钛矿表面相中的结构和偏析 |
44-47 |
|
3.3.3 小结 |
47-48 |
|
3.4 金红石TiO_2体相中局域缺陷结构和分布 |
48-54 |
|
3.4.1 纯净金红石TiO_2体相结构和性质 |
48-49 |
|
3.4.2 Co掺杂缺陷在TiO_2体相中的结构和分布 |
49-53 |
|
3.4.3 小结 |
53-54 |
|
3.5 金红石TiO_2表面相中的局域缺陷结构和偏析 |
54-61 |
|
3.5.1 纯净金红石TiO_2表面 |
54-58 |
|
3.5.2 Co掺杂缺陷在金红石TiO_2表面相中的结构和偏析 |
58-59 |
|
3.5.3 小结 |
59-61 |
|
参考文献 |
61-62 |
|
第四章 过渡金属掺杂 SnO_2的缺陷结构 |
62-75 |
|
4.1 引言 |
62 |
|
4.2 三维SnO_2体相中局域缺陷结构和分布 |
62-67 |
|
4.2.1 纯净SnO_2体相结构和性质 |
62-63 |
|
4.2.2 Fe掺杂缺陷在SnO_2体相中的结构和分布 |
63-67 |
|
4.3 Fe掺杂缺陷在金红石SnO_2表面相中的结构和偏析 |
67-72 |
|
4.3.1 纯净金红石SnO_2表面 |
67-70 |
|
4.3.2 Fe掺杂缺陷在金红石SnO_2表面相中的结构和偏析 |
70-72 |
|
4.4 小结 |
72-74 |
|
参考文献 |
74-75 |
|
第五章 过渡金属掺杂纳晶稀磁氧化物的电子结构和磁学特性 |
75-83 |
|
5.1 引言 |
75 |
|
5.2 过渡金属掺杂纳晶TiO_2锐钛矿相的结构特性 |
75-80 |
|
5.2.1 纯净纳晶TiO_2锐钛矿相的结构特性 |
75-78 |
|
5.2.2 过渡金属掺杂纳晶TiO_2锐钛矿相的电子结构和磁学特性 |
78-80 |
|
5.3 小结 |
80-82 |
|
参考文献 |
82-83 |
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结束语 |
83-84 |
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附录 1 攻读学位期间发表的论文目录 |
84 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.344720 |
