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Mn高掺杂浓度对ZnO禁带宽度和吸收光谱影响的第一性原理研究

侯清玉 董红英 迎春 马文

Mn高掺杂浓度对ZnO禁带宽度和吸收光谱影响的第一性原理研究

侯清玉, 董红英, 迎春, 马文
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  • 采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法, 建立了未掺杂与不同浓度的Mn原子取代Zn原子的三种Zn1-xMnxO超胞模型, 分别对模型进行了几何结构优化、态密度分布、能带分布和吸收光谱的计算. 结果表明: 电子非自旋极化处理的条件下, Mn掺杂浓度越小, ZnO形成能越小, 掺杂越容易, 晶体结构越稳定; Mn的掺入使得ZnO体系的杂质能带和导带发生简并化, 并且导带底和价带底同时向低能方向移动, 掺杂后的导带比价带下降得少导致禁带宽度变宽, ZnO吸收光谱明显出现蓝移现象, 计算结果和实验结果相一致. 同时, 电子自旋极化处理的条件下, 体系有磁性, 吸收光谱发生红移现象. 计算结果与相关实验结果相符合.
    • 基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 51062012)、教育部春晖计划和内蒙古自治区自然科学基金 (批准号: 2010MS0801, 2010BS0604) 资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-05-13
  • 修回日期:  2012-09-07
  • 刊出日期:  2013-02-05

Mn高掺杂浓度对ZnO禁带宽度和吸收光谱影响的第一性原理研究

  • 1. 内蒙古工业大学理学院物理系, 呼和浩特 010051;
  • 2. 内蒙古工业大学化工学院, 呼和浩特 010051;
  • 3. 内蒙古工业大学材料学院, 呼和浩特 010051
    基金项目: 

    国家自然科学基金 (批准号: 51062012)、教育部春晖计划和内蒙古自治区自然科学基金 (批准号: 2010MS0801, 2010BS0604) 资助的课题.

摘要: 采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法, 建立了未掺杂与不同浓度的Mn原子取代Zn原子的三种Zn1-xMnxO超胞模型, 分别对模型进行了几何结构优化、态密度分布、能带分布和吸收光谱的计算. 结果表明: 电子非自旋极化处理的条件下, Mn掺杂浓度越小, ZnO形成能越小, 掺杂越容易, 晶体结构越稳定; Mn的掺入使得ZnO体系的杂质能带和导带发生简并化, 并且导带底和价带底同时向低能方向移动, 掺杂后的导带比价带下降得少导致禁带宽度变宽, ZnO吸收光谱明显出现蓝移现象, 计算结果和实验结果相一致. 同时, 电子自旋极化处理的条件下, 体系有磁性, 吸收光谱发生红移现象. 计算结果与相关实验结果相符合.

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