【摘 要】
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随着摩尔定律预测的器件尺寸和制造成本接近极限,开发新型且有直接应用前景的自旋器件至关重要。而具有同时调控自旋和电荷两种电子自由度特性的稀磁半导体（Diluted Magnetic Semiconductor,DMS）在其中不可或缺。故而,探索开发新型的稀磁半导体是一项有意义的工作。基于此,本论文利用第一性原理计算并研究了磁性元素、稀土元素、不同Mn浓度掺杂对Ca2Ge基DMS的电子结构和磁学性质的
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随着摩尔定律预测的器件尺寸和制造成本接近极限,开发新型且有直接应用前景的自旋器件至关重要。而具有同时调控自旋和电荷两种电子自由度特性的稀磁半导体（Diluted Magnetic Semiconductor,DMS）在其中不可或缺。故而,探索开发新型的稀磁半导体是一项有意义的工作。基于此,本论文利用第一性原理计算并研究了磁性元素、稀土元素、不同Mn浓度掺杂对Ca2Ge基DMS的电子结构和磁学性质的影响,主要的研究内容和结论如下:（1）计算并分析了V/Cr/Mn分别掺杂不同Ca原子位的Ca2Ge体系的稳定性、电子结构和磁学性质。V/Cr/Mn掺入Ca II原子位的体系均具有较为稳定的结构。同时,V/Cr掺入均导致了Ca2Ge体系从半导体转变为半金属性质;而Mn掺杂后的体系仍为直接带隙半导体,且带隙增大。此外,V/Cr/Mn掺入均使得Ca2Ge体系引入杂质能级,产生净磁矩,对外表现出磁性;其中以Mn掺入体系的磁矩最大。（2）La/Ce/Nd掺杂Ca2Ge体系的电子结构与磁学性质的计算结果表明,三种稀土元素掺杂Ca II原子位的Ca2Ge体系具有更加稳定的结构。基于此结果,发现La/Ce/Nd掺杂均引入了杂质能级。所不同地是,La掺杂后体系仍为直接带隙半导体,没有产生净磁矩;Ce掺杂后形成了具有磁性的直接带隙半导体;而Nd的引入使得体系形成了自旋极化率为100%的半金属,且具有最强的磁矩,是良好的调控Ca2Ge基DMS的电荷和自旋属性的材料。（3）计算了三种不同Mn浓度掺杂Ca II原子位Ca2Ge体系的电子结构和磁学性质。研究表明,随着掺杂浓度的增大,Ca2Ge体系从半导体依次转变为了金属、磁性半导体、半金属;而磁矩的大小也并不与Mn掺杂浓度成正比。故而,可以通过改变Mn原子掺杂Ca2Ge体系的浓度来调控Ca2Ge基DMS的性质。
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