Cu掺杂的AlN铁磁性和光学性质的第一性原理研究林竹.pdf

第 58 卷 第 3 期 2009 年 3 月 物 　理 　学 　报 Vol . 58 ,No . 3 ,March ,2009 ( ) 10003290200958 03 191707 ACTA PHYSICA SINICA 2009 Chin . Phys. Soc . Cu 掺杂的 Al N 铁磁性和光学性质的第一性原理研究 林 　竹 　郭志友 　毕艳军 　董玉成 (华南师范大学信息光电子科技学院光电子材料与技术研究所 ,广州 　510631) (2008 年 6 月 2 日收到 ;2008 年 8 月 20 日收到修改稿) ( ) ( ) 　　采用基于密度泛函理论 DFT 的总体能量平面波超软赝势方法 ,结合广义梯度近似 GGA ,对 Cu 掺杂 AlN 32 原子超原胞体系进行了几何结构优化 ,计算了 Cu 掺杂 AlN 的晶格常数 ,能带结构 , 电子态密度和光学性质. 结果表 明 ,Cu 掺杂 AlN 会产生自旋极化状态 ,能带结构显示半金属性质 ,掺杂后带隙变窄 ,长波吸收加强 ,能量损失明显减 ( ) 小. 同传统的稀磁半导体 DMS 相比 ,Cu 掺杂 AlN 不会有铁磁性沉淀物的问题 , 因为 Cu 本身不具有磁性. 因而 ,Cu 掺杂的AlN 也许是一种非常有前途的稀磁半导体. 关键词 : AlN , 第一性原理 , 铁磁性 , 光学性质 PACC : 7115A , 7115M , 7115H , 7865K 来代替磁性过渡金属是可行的. 这种杂质首先必须 1 引 言 是没有磁性的 ,当掺杂以后 ,这些杂质应该和有限磁 动量进行 自旋极化 ,它们相互耦合产生铁磁性. Cu 新近发展的自旋电子学期望在同一种物质中同 就是这样一种杂质 ,无论在理论上还是在实验上 ,它 时运用电子的电荷和 自旋 ,从而得到远高于传统半 都引起了相当的兴趣. ZnO 中的单一 Cu 原子和有限 ( ) 磁动量形成一种 自旋极化状态 ,并且 Cu 杂质只存 导体器件性能的新型器件. 稀磁半导体 DMS 被认 为是这个领域最理想的材料之一 ,它正 日益激起人 在铁磁性的基态[ 11 —13 ] . 近年来 ,实验上已经实现了 [ 14 ] 们的兴趣[ 1] . 理想的 DMS 应该在室温下具有铁磁 室温下的 Cu 掺杂 ZnO 的 DMS . 对于 GaN 来说 , Cu ,Pd 同样也可能是一种潜在的非磁性杂质[ 15 ,16 ] . 性 ,而大量研究表明掺入磁性金属能得到高于室温 [2 —5