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ZnO因为其完美晶体特性,在高温和高压下稳定性良好。凭借着优良的物理性能,ZnO在透明导电氧化物、光催化剂、光电子器件和稀磁半导体等技术领域具有广泛的应用价值。过渡金属或稀土元素掺杂ZnO均能够调控其物理性能,目前已有一定科研成果。然而,过渡金属元素Mo和稀土元素Ce掺杂使得ZnO吸收光谱分布存在红移或蓝移两种相悖的结果,稀土元素Ce掺杂ZnO的磁性机理也频有争议。为了解决这些问题,本文利用Materials Studio 8.0的CASTEP模块,基于DFT的GGA+U方法探究Mo、Ce掺杂对ZnO的光学、电学和磁学性能的影响。为解决关于Mo掺杂ZnO体系吸收光谱的争议,构建了未掺杂ZnO、不同Mo掺杂浓度Zn0.9583Mo0.0417O和Zn0.9375Mo0.0625O超胞模型。其次,为了判断体系的磁性特征,又构建了三种不同Mo-Mo间距的Zn14Mo2O超胞模型。计算体系能带结构、态密度分布、吸收光谱以及磁矩。研究发现,在2.08-3.13at.%的范围内,Mo掺杂量增加,体系体积增大,稳定性有所下降。与未掺杂ZnO相比,Mo掺杂导致ZnO带隙变窄,吸收光谱红移。与此同时,Mo掺杂使得ZnO发生n型化,MO掺杂量增加,掺杂体系电子有效质量、电子浓度、迁移率、电导率均逐渐减小,导电性能减弱。Mo掺杂使ZnO获得铁磁性,铁磁性主要来自于Mo-4d与O-2p轨道在导带底的杂化耦合电子交换作用。当双掺Mo-Mo间距最近,体系磁矩发生淬灭;当双掺Mo-Mo间距较远时,体系具有铁磁性。铁磁性的居里温度高于室温。为了解决Ce掺杂ZnO吸收光谱和磁性机理的争议,本文构建了未掺杂ZnO、Zn0.9687Ce0.0313O、Zn0.9583Ce0.0417O和Zn0.9375Ce0.0625O超胞模型,探究体系的磁光性能。研究发现,Ce掺杂量增加,使得体系的体积增大,稳定有所减弱。Ce掺杂使得ZnO带隙变窄,吸收光谱在紫外光区发生红移。Ce掺杂使得ZnO体系获得铁磁性,磁性是由Ce-4f、Ce-5d和O-2p轨道电子交换作用引起的。其次,在相同掺杂浓度下,构建四种不同间距的Zn30Ce2O32模型。计算结果表明,当-Ce-O-Ce-沿a轴方向成键时,体系是反铁磁性的;当-Ce-O-Ce-沿偏c轴方向成键时,体系具有铁磁性,Ce-Ce原子间距增大,铁磁性磁矩有所减弱。最稳定掺杂体系铁磁性的居里温度高于室温。通过第一性原理,本文获得Mo掺杂ZnO导电性能的变化规律,确认了Mo、Ce掺杂ZnO体系吸收光谱存在分歧的原因,提出了Mo、Ce掺杂ZnO体系的室温铁磁性,并且合理解释了铁磁性的微观机理,这对实现Mo、Ce掺杂ZnO光催化剂和稀磁半导体材料的应用有关键性指导意义。