雷 涛 , 符斯列,2, 王春安, 缪 晶, 王琳涵

(1. 华南师范大学 物理与电信工程学院 广东省量子调控工程与材料重点实验室, 广州 510006; 2. 华南师范大学 量子物质研究院 广东省核物质科学与技术重点实验室, 广州 510006; 3. 广东技术大学 电子与信息学院, 广州 510665)

1 引 言

稀磁半导体(Diluted magnetic semiconductors, 简记为DMS)是指非磁性半导体中的部分阳离子被磁性过渡金属元素替代而形成的具有较弱磁性的一种新型半导体[1]. DMS材料可通过对电子自旋的控制来改进传统的半导体技术, 制备具有更小尺寸, 更低功耗, 更快数据处理速度以及数据断电不丢失等优越性能的新型器件[2]. DMS材料的应用主要受制于更高的居里温度, 而Dietl等人[3]通过平均场理论预测了浓度为5%的Mn掺杂ZnO半导体具有高于室温的居里温度. ZnO为直接带隙宽禁带(3.37 eV)半导体, 具有较高的激子束缚能(60 meV),热稳定性高, 优异的光电性能等优越性能, 因此被期待用于制备集电、光、磁三种性能于一体的新型器件的半导体材料, 从而受到广泛的关注与研究[4].

经过多年的研究, 有关Mn掺杂ZnO体材料体系(ZnO:Mn)的电磁特性在实验和理论模拟方面的研究都已较为成熟[5], 并且随着制备工艺的不断提高, 研究的领域已从薄膜转向纳米尺寸. 在实验方面, ZnO已成功制备各种各样的纳米结构, 例如二维的纳米带[6], 一维的纳米棒[7]、纳米线[8], 以及纳米颗粒[9]等等. 在理论方面, 谢建明等人[10]第一性原理计算了Mn掺杂ZnO纳米线. 但是有关ZnO纳米颗粒的第一性原理模拟研究的模型一般为……