资源描述：
《mn掺杂(znse)12团簇物性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、Mn掺杂(ZnSe)12团簇物性研究谢建明陈红霞庄国策盐城师范学院新能源与电子工程学院木文采用密度泛函理论研宄了Mn原子单掺杂和双掺杂(ZnSe)12团簇的结构、电子性质和磁性质。我们考虑了三种掺杂方式:替代掺杂，外掺杂和内掺杂。首先比较丫各种摻杂团簇的稳定性。结果表明，无论是单掺杂还是双掺杂，替代掺杂团簇都是最稳定结构。在结构优化的棊础上，我们对掺杂团簇又进行了磁性计算。团簇磁矩主要来自Mn原子3d态的贡献，4s和4p态也贡献了一小部分磁矩。由于轨道杂化，相邻的Zn和Se原子上也产生少量自旋。最重要的是，我们指出内双掺杂团簇是铁磁耦合，在纳米量子器件领域有潜在的应用价值。关键词：密度泛函理
2、论;团簇;掺也稳定性;它具有较高的发光效率和低的吸收系数，是一种用途广、性能优的光电子材料［2-3］。前人对ZnSe的研究主要集屮在体材料，关于闭簇的研宂工作相对较少。对（ZnSe）。团簇的理论研宂表明，当n〈6时，二维平而结构相对稳定;但当n>6时，三维空心笼状结构更稳定以1。我们课题组研宄了（ZnSe）12团簇的结构和性质。发现具有Th对称性的空心笼状的（ZnSe）12团簇是最稳定的结构，它包含了12个Zn原子和12个Se原子，和其它II-VI族团簇最低能量结构完全相同［5-7］。它的最高占据态（II0M0）-最低未占据态（LUM0）能隙是3.16eV，显示了它的半导体特性；自旋极化计算
3、表明纯（ZnSe）12团簇没有磁性。大量的研宄表明掺杂能够显著改善基体材料的物理性能mi。理论上开展了关于过渡金属掺杂TT-VT族闭簇的研究工作［5,15-16］。Mn摻杂（Zn0）12、（ZnS）12团簇的研究表明，Mn原子间磁性耦合是短程的反铁磁耦合［15,16］。目前还没有关于Mn掺杂ZnSe团簇的相关研宄工作。为此，本文采用第一性原理方法系统研宄了Mn原子单掺杂和双掺杂（ZnSe）12团簇的结构、电子性质及磁性质。结果表明，内双掺杂团簇是铁磁耦合，在纳米量子器件领域有潜在的应用价值。1计算方法我们的计算采用了Dmol软件包中自旋极化的密度泛函理论UZJM。我们选择了全电子和DND基矢
4、。交换关联势我们选择了GGA/PBE皿。Mulliken布局分析被用来分析原子磁矩［20］。自洽场计算时，总能量的收敛标准为10Ha，力的收敛标准0.002Ha/A,位置移动收敛标准为0.005A。PBE/DND的准确性在前面关于Zn0团簇以及ZnS纳米管掺杂磁性质研宂工作屮己经得到检验［21-23］。因此，相信我们的计算方案对描述Mn原子掺杂（ZnSe）12团簇是可信的。2结果和讨论2.1单掺杂团簇2.1.1几何结构根据掺杂位置的不同，我们考虑了五种掺杂构型:A1:用一个Mn原子替代一个Zn原子;A2:在空心笼的中心放置一个Mn原子;A3:在表面四原子环的中心放置一个Mn原子;A4:在连接
5、两个四原子环的Zn-Se键中间放罝一个Mn原子;A5:在连接网个六原子环的Zn-Se键中间放置-个Mn原子。图1画出了优化后的结构图。为了便于比较，我们也画出了纯(ZnSe)12团簇。由于掺杂进Mn原子，纯闭簇的某些键发生丫断裂，各原子间重新成键。由于Mn原子和Zn原子的半径差异很小，除了新形成的键的键长微小变化之外，A1构型和纯团簇结构非常类似。图1单掺杂团簇结构图。大球代表Mn原子，中等球代表So原子，小球代表Zn原子。Fig.1Theoptimizedstructuresofmonodoped(ZnSe)12clusters.Bigball,Mnatom;middleball,Seat
6、om;smallball,Znatom.2.2.2能量稳定性团簇的热力学稳定性可以通过形成能来表征。形成能定义为掺杂闭簇的能量减去所有孤立原子的能量之和，再除以总原子数。为了比较这些团簇的稳定性，在结构优化的基础上，我们计算了掺杂团簇的形成能和HOMO-LUMO能隙。结果列在表1中。表1单掺杂团簇的形成能(Ef),HOMO-LUMO能隙(Gap),分裂能(AEl,AE2),团簇的总磁矩(Utot),Mn原子磁矩(u)以及相邻Zn原子和Se原子的磁矩(Mlandm2)。Table1Theformationenergies(Ef,incV/atom),HOMO-LUMOgaps(Gap,ineV
7、),andfragmentationenergies(AElandAE2,ineV)ofvariousmonodoped(ZnSe)12clusters.Thetotalmagneticmoments(utot,inuB),magneticmoments(u,inuB)ofMnatomandthebondingZn,Seatoms(ulandu2,inuB)intheseclustersarealsoshow
