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Ga空位对GaN:Gd体系磁性影响的第一性原理研究

侯振桃 李彦如 刘何燕 代学芳 刘国栋 刘彩池 李英

Ga空位对GaN:Gd体系磁性影响的第一性原理研究

侯振桃, 李彦如, 刘何燕, 代学芳, 刘国栋, 刘彩池, 李英
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  • 采用基于密度泛函理论的第一性原理结合投影缀加平面波的方法, 研究了GaN 中Ga 被稀土元素Gd替代以及与邻近N或Ga空位组成的缺陷复合体的晶格常数、磁矩、形成能以及电子结构等性质. 结果发现, Gd掺杂GaN后禁带宽度变窄, 由直接带隙半导体转为间接带隙半导体; 单个Gd原子掺杂给体系引入大约7 B的磁矩; 在Gd与Ga或N空位形成的缺陷复合体系中, N空位对引入磁矩贡献很小, 大约0.1 B, Ga空位能引入约2 B的磁矩. 随着Ga空位的增多, 体系总磁矩增加, 但增加量与Ga空位的位置分布密切相关. 当Ga空位分布较为稀疏时, Gd单原子磁矩受影响较小, 但当Ga空位距离较近且倾向于形成团簇时, Gd单原子磁矩明显增加, 而且这种情况下空位形成能也最小.
      通信作者: 李英, liyingphy@126.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11204064, 51271071) 和河北省高等学校高层次人才科学研究项目(批准号: GCC2014023)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-01-10
  • 修回日期:  2016-04-07
  • 刊出日期:  2016-06-05

Ga空位对GaN:Gd体系磁性影响的第一性原理研究

  • 1. 河北工业大学材料科学与工程学院, 天津 300130
  • 通信作者: 李英, liyingphy@126.com
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 11204064, 51271071) 和河北省高等学校高层次人才科学研究项目(批准号: GCC2014023)资助的课题.

摘要: 采用基于密度泛函理论的第一性原理结合投影缀加平面波的方法, 研究了GaN 中Ga 被稀土元素Gd替代以及与邻近N或Ga空位组成的缺陷复合体的晶格常数、磁矩、形成能以及电子结构等性质. 结果发现, Gd掺杂GaN后禁带宽度变窄, 由直接带隙半导体转为间接带隙半导体; 单个Gd原子掺杂给体系引入大约7 B的磁矩; 在Gd与Ga或N空位形成的缺陷复合体系中, N空位对引入磁矩贡献很小, 大约0.1 B, Ga空位能引入约2 B的磁矩. 随着Ga空位的增多, 体系总磁矩增加, 但增加量与Ga空位的位置分布密切相关. 当Ga空位分布较为稀疏时, Gd单原子磁矩受影响较小, 但当Ga空位距离较近且倾向于形成团簇时, Gd单原子磁矩明显增加, 而且这种情况下空位形成能也最小.

English Abstract

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