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《Mo_Ce摻雜對ZnO物性影響的第一性原理研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、分類號:學校代碼:10128UDC:學號:20151100068碩士學位論文（學生類別：全日制學術型碩士研究生學科名稱：物理電子學論文題目：Mo/Ce摻雜對ZnO物性影響的第一性原理研究英文題目：StudyonthePhysicalPropertiesofMo/CeDopedZnObyFirstPrinciple學生姓名：賈曉芳導師姓名：侯清玉教授二○一八年四月內(nèi)蒙古工業(yè)大學碩士學位論文摘要ZnO因為其完美晶體特性，在高溫和高壓下穩(wěn)定性良好。憑借著優(yōu)良的物理性能，ZnO在透明導電氧化物、光催化劑、光電子器件和稀磁半導體等技術領域具
2、有廣泛的應用價值。過渡金屬或稀土元素摻雜ZnO均能夠調(diào)控其物理性能，目前已有一定科研成果。然而，過渡金屬元素Mo和稀土元素Ce摻雜使得ZnO吸收光譜分布存在紅移或藍移兩種相悖的結(jié)果，稀土元素Ce摻雜ZnO的磁性機理也頻有爭議。為了解決這些問題，本文利用MaterialsStudio8.0的CASTEP模塊，基于DFT的GGA+U方法探究Mo、Ce摻雜對ZnO的光學、電學和磁學性能的影響。為解決關于Mo摻雜ZnO體系吸收光譜的爭議，構(gòu)建了未摻雜ZnO、不同Mo摻雜濃度Zn0.9583Mo0.0417O和Zn0.9375Mo0.062
3、5O超胞模型。其次，為了判斷體系的磁性特征，又構(gòu)建了三種不同Mo-Mo間距的Zn14Mo2O超胞模型。計算體系能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度分布、吸收光譜以及磁矩。研究發(fā)現(xiàn)，在2.08-3.13at.%的范圍內(nèi)，Mo摻雜量增加，體系體積增大，穩(wěn)定性有所下降。與未摻雜ZnO相比，Mo摻雜導致ZnO帶隙變窄，吸收光譜紅移。與此同時，Mo摻雜使得ZnO發(fā)生n型化，MO摻雜量增加，摻雜體系電子有效質(zhì)量、電子濃度、遷移率、電導率均逐漸減小，導電性能減弱。Mo摻雜使ZnO獲得鐵磁性，鐵磁性主要來自于Mo-4d與O-2p軌道在導帶底的雜化耦合電子交換作用。當
4、雙摻Mo-Mo間距最近，體系磁矩發(fā)生淬滅；當雙摻Mo-Mo間距較遠時，體系具有鐵磁性。鐵磁性的居里溫度高于室溫。為了解決Ce摻雜ZnO吸收光譜和磁性機理的爭議，本文構(gòu)建了未摻雜ZnO、Zn0.9687Ce0.0313O、Zn0.9583Ce0.0417O和Zn0.9375Ce0.0625O超胞模型，探究體系的磁光性能。研究發(fā)現(xiàn)，Ce摻雜量增加，使得體系的體積增大，穩(wěn)定有所減弱。Ce摻雜使得ZnO帶隙變窄，吸收光譜在紫外光區(qū)發(fā)生紅移。Ce摻雜使得ZnO體系獲得鐵磁性，磁性是由Ce-4f、Ce-5d和O-2p軌道電子交換作用引起的。其
5、次，在相同摻雜濃度下，構(gòu)建四種不同間距的Zn30Ce2O32模型。計算結(jié)果表明，當-Ce-O-Ce-沿a軸方向成鍵時，體系是反鐵磁性的；當-Ce-O-Ce-沿偏c軸方向成鍵時，體系具有鐵磁性，Ce-Ce原子間距增大，鐵磁性磁矩有所減弱。最穩(wěn)定摻雜體系鐵磁性的居里溫度高于室溫。通過第一性原理，本文獲得Mo摻雜ZnO導電性能的變化規(guī)律，確認了Mo、Ce摻雜ZnO體系吸收光譜存在分歧的原因，提出了Mo、Ce摻雜ZnO體系的室溫鐵磁性，并且合理解釋了鐵磁性的微觀機理，這對實現(xiàn)Mo、Ce摻雜ZnO光催化劑和稀磁半導體材料的應用有關鍵性指導意
6、義。關鍵詞：Mo摻雜ZnO；Ce摻雜ZnO；室溫鐵磁性；吸收光譜I內(nèi)蒙古工業(yè)大學碩士學位論文AbstractZnOhasperfectcrystalproperties,goodstabilityunderhighvoltageandhightemperature,andisawidebandgapsemiconductormaterial.Withexcellentphysicalproperties,ZnOhasgreatapplicationvalueinthefieldsoftransparentconductiveoxi
7、des,photocatalysts,optoelectronicdevices,anddilutemagneticsemiconductors.AlargenumberoftheoreticalandexperimentalstudieshavedemonstratedthatdopingoftransitionmetalelementsandrareearthelementscanimprovethephysicalpropertiesofZnO.Therefore,intherangeof2.08-3.13at.%ofMod
8、opingconcentration,thereexistedtwoexperimentalresultsofred-shiftandblue-shiftofabsorptionspectrum.Atthesametime,theabsorptio
