【摘 要】
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稀磁半导体因兼具电子的电荷和自旋双重量子属性,使其成为微电子学领域新的研究热点。近年来,大部分的研究主要针对Ⅱ–Ⅵ和Ⅲ–Ⅳ族半导体进行掺杂改性,而较少关注于其他母体材料。因此,本文选取一些其他类且具有特殊物性的AB和AB2型二元半导体作为研究对象,探究了掺杂原子对其电子结构和磁性的影响。我们的研究内容主要包括四部分,简要概括如下:对于氢化物MgH2,我们通过掺杂过渡金属V,Cr,Mn,Fe,Co和
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稀磁半导体因兼具电子的电荷和自旋双重量子属性,使其成为微电子学领域新的研究热点。近年来,大部分的研究主要针对Ⅱ–Ⅵ和Ⅲ–Ⅳ族半导体进行掺杂改性,而较少关注于其他母体材料。因此,本文选取一些其他类且具有特殊物性的AB和AB2型二元半导体作为研究对象,探究了掺杂原子对其电子结构和磁性的影响。我们的研究内容主要包括四部分,简要概括如下:对于氢化物MgH2,我们通过掺杂过渡金属V,Cr,Mn,Fe,Co和Ni,发现掺杂体系均发生了自旋劈裂且产生了磁性。过渡金属杂质调节MgH2转变成n型磁性半导体。另外,在Mn,Fe,Co和Ni掺杂的情况下产生了稳定的长程耦合的反铁磁特性,这主要是由于杂质引起的空穴数目及占据和未占据的eg(t2g)态之间增大的超交换耦合作用所导致的。对于窄带隙半导体PbS,我们通过掺杂过渡金属V,Cr,Mn,Fe,Co和Ni,发现加入自旋轨道耦合后,V,Mn和Ni的掺杂体系带隙闭合。施加压缩应变之后,带隙又重新打开,价带顶处的Pbs和S p和导带底的Pbp态发生置换,使其具有了拓扑特性。由于V和Ni掺杂可以兼具铁磁耦合特性,因此体系可能具有反常霍尔效应。对于卤族化合物NaCl和AgCl,通过掺杂非磁元素B,C,N和O,我们发现掺杂体系均发生了自旋劈裂且产生的总磁距近似等于杂质引入的空穴数目。其中O掺杂的形成能最低,体系结构最稳定,有利于实验制备。另外,对于NaCl（001）表面的掺杂发现,杂质原子2p轨道的三重简并态部分消除,产生了各向异性的自旋密度与电荷密度,使C杂质产生的磁距不等于杂质空穴数。对于sp型超晶格,岩盐结构超晶格（MO）1/（MX）1（001）（M=Ca和Sr;X=N和C）加Ueff之后,杂质带的2p三重简并态消除,体系由半金属特性转变成了磁性半导体。而对于（CaO）1/（CaC）1,加Ueff之后,近半金属的特性转变成了半金属特性。对于纤锌矿结构超晶格（MC）1/（SiC）1（0001）（M=Ca和K）来说,形成能,结合能、分子动力学以及弹性系数的计算证明了体系的热力学、动力学及机械力学的稳定性。加Ueff之后,两种超晶格表现为磁性半导体特性。其中,（CaC）1/（SiC）1呈铁磁态,而（KC）1/（SiC）1呈反铁磁态。
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