LiZnX(X=N,P)基新型稀磁半导体的磁电性质研究

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1、馨考；釔士ｆ硕士学位论文ＵＺＸ＝ＮＰｎＸ基型稀硪半导体（，）的碴电牲廣研堯徐建指导教师：毋志民教授专业名称：凝聚态物理研究方向：磁电功能材料二〇一八年四月重庆师范大学硕士学位论文LiZnX(X=N,P)基新型稀磁半导体的磁电性质研究硕士研究生：徐建指导教师：毋志民（教授）学科专业：凝聚态物理所在学院：物理与电子工程学院重庆师范大学二Ｏ一八年四月AThesisSubmittedtoChongqingNormalUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMas

2、terTheMagneticandElectricalPropertiesofaNewDilutedMagneticSemiconductorLiZnX(X=N,P)Master:XuJianDissertationSupervisor:Prof.Wu-zhiminSpecializedSubject:CondensedMatterPhysicsCollege:CollegeofPhysicsandElectronicEngineeringChongqingNormalUniversityApril,2018独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研

3、宂工作及取得的研宂成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含力获得重庆师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明。学位论文作者签名：签字曰期：＞〇４年／月曰７学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解重庆师范大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩

4、印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。学位论文作者签名签字日期：＞／＃年＃月／日重庆师范大学硕士学位论文中文摘要LiZnX(X=N,P)基新型稀磁半导体的磁电性质研究摘要兼具磁性和半导体特性的稀磁半导体,满足电子自旋学的条件，在自旋电子学以及光电子领域已经展现出非常广阔的应用前景。特别是I-II-V族基新型稀磁半导体，不仅实现了电荷自旋注入机制的分离，使得单独研究载流子浓度或自旋浓度对铁磁性的影响成为可能。而且可以制备成块状材料，为利用核磁共振，中子散射等微观磁性测量手段研究它们的磁性机制提供了条件。在本论文的工作中，首先利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波

5、赝势方法分别对Cr掺杂I-II-V族半导体LiZnP和Mn掺杂I-II-V族半导体LiZnN的磁电性质进行了计算分析。然后通过高温固相合成法分别制备Mn掺杂LiZnP，Cr掺杂LiZnP的块状稀磁半导体材料，系统的研究了它们的微结构，磁性和电性。获得主要的研究结果概括如下：(1)采用第一性原理对新型稀磁半导体Li1±y(Zn1-xCrx)P(x=0.0625,y=0.0625)的能带结构、电子态密度和光学性质进行了理论计算。结果表明：Cr的掺入使Cr3d与Li2s和P3p发生sp-d轨道杂化，产生自旋极化杂质带，材料表现出半金属铁磁性。当Li不足时，带隙增大，体系杂化作用

6、减弱，净磁矩减小。当Li过量，体系仅表现为半导体性质，能隙减小，导电能力增强。表明体系的磁性和电性可以通过Cr的掺入和改变Li的含量进行分别调控，实现了自旋和电荷注入机制的分离。通过对比光学性质发现，Cr掺杂产生的杂质带中出现不同态之间的带内跃迁，在介电函数低能区出现了新的介电峰，同时提高了体系对低频电磁波的吸收。(2)通过高温固相法成功制备了母体LiZnP和Li(Zn,Mn)P块状材料，研究表明纯LiZnP是面心立方结构，空间群为F-43m，带隙值为2.03eV。Mn的掺杂不改变LiZnP的晶体结构，只是随着掺杂量的增加样品晶格常数增加。电性测量发现Li(Zn,Mn)P

7、体系仍表现为半导体行为，随Li含量的增大电阻减小，导电性增强。磁性测量发现Mn掺杂可以使体系产生磁性，但是样品易氧化和水解产生磁性较强的MnP杂相，影响磁性性质的测量结果。(3)利用高温固相法成功制备了Li(Zn,Cr)P块状稀磁半导体材料。对Li1.1(Zn1−xCrx)P系列样品研究发现掺杂体系仍为立方晶体结构，空间群为F-43m，随着Cr掺杂浓度的增加其晶格常数减小。电性测量发现Li1.1(Zn1−xCrx)P仍为P型半导体，随着Cr掺杂浓度的增加电阻增大主要是自旋涨落会对电子造成散射引起。磁性研究发现样品Li1.1(Z