《稀磁半導體中的雜質、缺陷和無序的第一性原理研究》是依託四川師範大學，由趙永紅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：稀磁半導體中的雜質、缺陷和無序的第一性原理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙永紅
- 依託單位：四川師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
雜質與缺陷廣泛存在於稀磁半導體中，對材料的性質有著廣泛的影響。真實的材料與器件中雜質與缺陷的分布多呈現無序的狀態，而在通常的第一性原理理論計算中，主要採用超原胞內均勻分布的雜質模型，這有時會導致較大的計算誤差。同時由於受計算能力的限制，超原胞方法通常無法模擬實際材料中較低濃度的雜質和缺陷的影響。而基於相干勢近似（CPA）方法則可以在較小的原胞里很方便地研究無序分布的雜質和缺陷對材料物性的影響。本項目計畫結合超原胞方法和CPA方法，研究常見的III-V, II-VI和IV族稀磁半導體材料和器件中雜質和缺陷的多種分布（如團簇和無序等）對材料和器件的結構、磁性和電輸運性質的影響，其中電輸運性質的計算採用基於密度泛函的非平衡格林函式方法（DFT+NEGF）。這些研究工作能夠加深我們對稀磁半導體的物性的認識，同時有助於設計出基於稀磁半導體的新型自旋電子學器件。
結題摘要
雜質和缺陷在真實材料裡面廣泛存在，這些雜質和缺陷會引入一些新的能級，改變材料的電子結構性質，從而改變材料的力熱光電等性質。本項目研究了常規半導體材料Si、AlAs，以及新興的過渡金屬二硫化物以及拓撲絕緣體材料中的雜質和缺陷的分布，及其對電子結構的影響。主要內容包括：（1）對常規半導體Si進行（B，Mn）共摻雜。研究發現B的存在會改變稀磁半導體材料MnSi的磁性。由於B在Si中的可容性較好，而對Mn雜質進行原子級的操控則相對困難，而我們的研究結果表明，可以通過控制B的摻雜情況，在一定範圍之內來實現對基於Si的稀磁半導體材料和器件的磁性的調控。（2）對III-V族半導體AlAs摻入鹼土金屬後的磁性研究。一般來說，為了在半導體中引入磁性，我們會在其中摻入過渡金屬或者稀土元素，其中未滿的3d/4f電子殼層會在材料中引入局域磁矩，從而使得材料呈現磁性。而實驗告訴我們，以3d/4f殼層為特徵的過渡金屬和稀土元素原子，在常規的IV族和III-V族半導體裡面的可控摻雜較為難以實現，這也事實上制約了稀磁半導體材料在自旋電子器件上的套用。而鹼土金屬與IV族和III-V族半導體同為sp電子材料，從電子結構上來說，更容易進行可控摻雜。因此我們研究了III-V族半導體AlAs中的鹼土金屬雜質的晶體結構、電子結構和磁性及其穩定性等問題，研究結果表明可以通過sp電子摻雜在AlAs裡面引入較為穩定的磁性。（3）應力調製的過渡金屬二硫化物所超晶格的電子結構和光學性質。由於其良好的半導體性能，過渡金屬二硫化物在最近兩年受到了極大的關注。我們研究了過渡金屬二硫化物超晶格的電子結構、光學性質、及其應力調製的情況。尤其關注了應力調製的直接帶隙和間接帶隙之間的相互轉化問題，及其對光吸收性能的影響。另外我們還討論了基於過渡金屬二硫化物的電子器件的量子輸運問題。（4）拓撲絕緣體材料的表面態電子結構和其中的自旋螺旋特性的定量深入分析。
