李明标张天羡史力斌

氮掺杂(1120)ZnO薄膜磁性质研究*

李明标 张天羡 史力斌

(渤海大学数理学院，锦州121013)
(2010年10月22日收到;2010年12月7日收到修改稿)

采用基于密度泛函理论(DFT)和局域密度近似(LDA)的第一性原理分析了氮掺杂(1120)ZnO薄膜的磁性质．首先，研究了一个N原子掺杂ZnO薄膜的磁性质，结果表明N 2p，O 2p和Zn 3d发生自发自旋极化．其次，研究了二个N原子掺杂ZnO薄膜的磁性质，9个不同几何结构的计算结果表明N原子之间具有FM耦合稳定性，而且具体分析了N掺杂ZnO铁磁稳定性的产生原因．最后，讨论了氮掺杂ZnO磁交换系数和居里温度．计算结果表明N掺杂(1120)ZnO薄膜具有弱铁磁性．

第一性原理，半导体，铁磁性

PACS:75．50．Pa，71．55．Gs，75．30．Hx

1.引言

稀磁半导体(DMS)由于同时具有半导体材料的传导特性和磁性材料的存储特征，在新型自旋电子器件中具有潜在应用前景，因此得到了广泛重视［1］．特别是寻找具有较高居里温度DMS成为了人们关注的焦点．尽管人们已经在Ⅲ-Ⅴ族稀磁半导体上做了大量研究工作，但由于它们的居里温度较低，这使其无法投入实际应用［2，3］．目前，人们不得不集中精力去寻找具有更高居里温度的新型稀磁半导体．

Zn O是一种六角结构的Ⅱ-Ⅵ族直接带隙半导体(室温下带隙为3.37 eV)，由于它具有低介电常数、大光电耦合系数、高化学稳定性、高激子结合能(高达60 m eV)及优良的光电、压电特性，因此在发光二极管、光电探测器、表面声波器件及太阳能电池等领域有广泛的应用前景［4，5］．ZnO半导体的稀磁特性也引起了高度重视．人们已经对……