electronic structure and optical properties of zno doped with fe and ni

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1、第+)卷第"期"((-年"月物理学报8HA5+)，0H5"，./MD@MG，"((-!(((>$"-(W"((-W+（)("）W!!’’>(,9;X9Y:ZP[;9P[0[;9!"((-;B135YBGC5PHI5"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!"和#$共掺杂%&’的电子结构和光学性质!!）!）!）"）#!）$）%!）!）$）胡志刚段满益徐明周勋陈青云董成军令狐荣锋!）（四川师范大学物理与电子工程学院&固体物理研究所，成都’!((’)）"）（重庆邮电大学光电工程学院，重庆*(((’+）$）（贵州师

2、范大学理学院，贵阳++(((!）（"((,年!!月!+日收到；"(()年*月"-日收到修改稿）基于密度泛函理论的第一性原理研究./，01单掺杂和（./，01）共掺杂纤锌矿型234的能带结构、电子态密度分布、介电函数、光学吸收系数，分析了掺杂后电子结构与光学性质的变化5计算结果表明：掺杂体系的费米能级附近电子态密度主要来源于./$6，01$6态电子的贡献；与纯净234相比，./，01单掺杂和（./，01）共掺杂234的介电函数虚部均在(7*’/8左右出现了一个新峰；./，01单掺杂和共掺杂234的吸收光谱均发生明显的红移，并都在!7$/8处出现较强吸收峰5结合他人的计算和实验结果，给出了定性的讨

3、论5关键词：氧化锌，掺杂，第一性原理，光学性质()**：,!!+9，,!"(:，,")(;，,)’+<研究了（./，;D）共掺杂的234，发现少量的;D掺入!7引言234会导致顺磁性向室温铁磁性转变；与此同时，韦［,］志仁等也发现;D掺入后，./掺杂234的室温铁［)］稀释磁性半导体（61ADL/6?@E3/L1IC/?1IH36DILHMC，磁性能够得到进一步增强，可是2B@3E等的结果［!］NOPC）是当今磁性半导体材料的研究热点5其中却表明;D的掺入虽然能够使./掺杂234的磁矩增铁磁转变温度（!）的提高是一技术难题，要使!大，居里温度却降低5尽管研究结果尚存争议，但是;;升高到室温以上

4、，依据平均场理论，首先应当增加磁共掺杂方法已成为探索234基NOPC的重要手［-，!(］性原子密度（"）和空穴密度（#），同时应满足"Q#5段5由于轻元素和小的晶格常量只能导致较小的自旋>众所周知，坡莫合金（01)(./"(）是一种非常重要轨道相互作用，因此高!有望在宽带半导体材料的磁性合金材料，矫顽力小，磁灵敏度高，是目前制;中实现［"］5234与R@0，P1;等其他宽禁带半导体材造磁存储及处理器的重要材料，01，./共掺杂极有料相比，具有更低的成膜温度（小于+((S），激子结可能在新一代的NOPC材料中继续扮演重要角色5合能高达’(?/8，此外它还有易于掺杂、熔点高、电实验上采用蔓延高温合

5、成（P:P）方法已完全可以合子诱生缺陷低等优点5因此，234基NOPC已吸引了成粒度均匀、磁性能优良的亚微米级23(7’+01(7$+［!!］众多研究人员的兴趣5./"4*铁氧体磁粉，但目前尚未有（01，./）共掺杂国内外已有不少关于共掺杂234方面的研究234纳米结构理论研究的详细报道5本文采用第一性［$］报道，例如，陈之战等在（;H，9A）共掺杂在234粉原理的方法研究了./，01及（./，01）共掺杂234的电子末中观察到铁磁性并利用第一性原理计算解释了铁结构以及光学性质，以期能为实验工作提供理论参考5［*］磁性的起源；李金华等发现（O3，OE）共掺杂会对234纳米薄膜的带隙进行调制，同

6、时也检测到了室"7计算方法和模型［+］温磁性；薛建设等制备的（9A，2M）共掺杂234薄膜［’］在可见光波段平均透过率达到)+T；<@G@UD?@M等计算是在O@L/M1@APLD61H*7(软件包中的;@CL/V!贵州省科学技术基金（基金号：黔科通<合［"((’］"((*）资助的课题5#通讯联系人5=>?@1A：BCD?13E>"((!FG@BHH5IH?5I3%通讯联系人5=>?@1A：JBHDKD3--F!’$7IH?:期胡志刚等：J)和R&共掺杂Q0O的电子结构和光学性质>>KL（!"#$%&’()*)%&"+,-."+/0)%(12"34"()）总能计算程序下完成5计算用的晶格常数为

7、实验数据：!6789:;<0#，"678=:>0#，!6"6<7?，#6>:7?，内坐标#6［>:］789;=，平面波截止能$-@.69;7)A，自洽收敛精度C=:B>7)AD".-#，总能量和电荷密度在对E%&++-@&0区的积分计算使用F-04G-%H.I2"34方案时选择%网格点为;B;B=，快速傅里叶变换（JJ,）网格取（9KB9KB:L），原子间的相互作用力不超过787=)ADM，晶体内