C掺杂ZnO纳米线的磁性研究

陈红霞

(盐城师范学院新能源与电子工程学院， 盐城 224007)

1 引 言

由于稀磁半导体可以集信息处理和存储于一身，近年来吸引了越来越多的关注[1].过去已报道了很多关于过渡金属原子掺杂半导体获得室温铁磁性的研究工作.有趣的是，一些非金属元素如C掺杂GaN[2]、ZnS[3-5]以及CdS[6]也能引入铁磁性.这大大引起了对非磁性掺杂的研究热潮.

ZnO是一种宽带隙(室温下为3.37 eV)的半导体材料，激子束缚能高达到60 meV，具有优良光电、压电、压敏、气敏等性质[7].前人的理论研究表明，C掺杂体材料ZnO具有铁磁性[8-10].实验上也开展了相关的研究.Pan等人通过脉冲激光沉积的方法制备了C掺杂ZnO，发现材料的居里温度超过400 K[10].Zhou等人通过离子注入的方法在实验上也证实了C掺杂ZnO具有室温铁磁性[11].然而目前还没有关于C掺杂ZnO纳米结构的研究工作.对C掺杂ZnO纳米结构的深入研究是其应用的前提条件.

在本文中，我们研究了C原子掺杂两种不同尺寸ZnO纳米线的电子性质和磁性质.计算结果表明C原子趋于占据纳米线的表面位置.所有的掺杂纳米线都显示了半导体特性，并且可以观察到C、Zn和O原子p轨道的强杂化.

2 计算方法

计算采用了Dmol软件包中自旋极化的密度泛函理论.选择了全电子和DND基矢.交换关联势选择了GGA/PBE[12].自洽场计算时，总能量的收敛标准为10-6Ha，力的收敛标准0.002 Ha/Å，位置移动收敛标准为0.005 Å.Mulliken布局分析被用来分析电荷转移和原子磁矩[13].

PBE/DND的准确性在前面关于ZnS体材料和纳米线掺杂磁性质研究工作中已经得到……