【摘 要】
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稀磁半导体材料是自旋电子学领域一个重要的分支,基于稀磁半导体材料发展而来的自旋电子器件可以同时利用电子的电荷和自旋属性,可以突破传统电子学所面临的量子力学瓶颈,实
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稀磁半导体材料是自旋电子学领域一个重要的分支,基于稀磁半导体材料发展而来的自旋电子器件可以同时利用电子的电荷和自旋属性,可以突破传统电子学所面临的量子力学瓶颈,实现信息的传递、处理、储存于一体,受到了科学界的广泛关注。 氧化锌(Zinc Oxide,ZnO)是一种宽禁带Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体,在传输场效应管、发光二级管、太阳能电池等光电子器件领域有着广泛的应用。ZnO基稀磁半导体材料(DMS)由于它的理论预测居里温度在室温以上而被广泛关注,但是了解ZnO基DMS中磁性的调制,将对于发展新一代基于稀磁半导体的非挥发性晶体管提供重要的实验和理论基础。 本文通过对ZnMnO体系、ZnCoO体系、ZnNiO体系的磁性研究来了解ZnO基DMS中磁性的影响因素,主要包括以下几个方面的内容: 1.对ZnMnO体系,主要考虑了磁性原子间的RKKY相互作用和超交换相互作用,结果发现,体系的磁性与磁性原子的掺杂浓度、载流子浓度、RKKY相互作用和超交换相互作用等有关,体系的磁化强度随着RKKY交换作用系数J0的增加而增大,随着超交换作用系数k的增加而减小。并且随着磁性原子掺杂浓度的增大,体系要达到较高的磁化强度将需要较大的载流子浓度。 2.对ZnCoO体系,主要考虑了磁性原子间的RKKY相互作用和超交换相互作用,结果发现,体系的磁化强度随着载流子浓度的增加而先增大后减小,体系的磁化强度与RKKY交换相互作用和超交换相互作用之间的竞争有关。体系的磁化率随温度的变化关系结果显示:在较低的温度下,体系的磁化率较大,并且体系的磁化率随温度的升高而减小的变化率随着J0值的减小而增大,随着k值的增大而增大。 3.对ZnNiO体系,主要考虑了三种自旋交换相互作用:超交换作用、双交换作用和RKKY交换作用,体系的磁化强度随着双交换作用参数t值的增大而增大,随着RKKY交换作用系数J0的增加而增大,随着超交换作用系数k的增加而减小。体系的磁化率随温度的变化关系为:体系的磁化率随温度的升高而减小的变化率随着J0值的减小而增大,随着k值的增大而增大,随着t值的减小而增大,在一定的载流子浓度范围内,其变化率随着载流子浓度的增加而减小。
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