mn掺杂limgp新型稀磁半导体的光电性质

《mn掺杂limgp新型稀磁半导体的光电性质》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、Mn掺杂LiMgP新型稀磁半导体的光电性质膿鯉值譏碰麵杜成旭庞星星毋志民崔玉亭重庆师范大学物理与电子工程学院光电功能材料重庆市重点实验室采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法，对新型稀磁半导体Lil±y(Mgl-xMnx)P(x=0,0.125;y=0,0.125)体系进行几何结构优化，计算并对比分析了体系的电子结构、形成能、电荷重叠布局、差分电荷密度及光学性质.结果表明，LiMgP体系中化学键均表现为极化的共价键，磁性元素Mn的掺入形成了强于Mg-P的Mn-P井价键，且产生自旋极化杂质带，通过改变Li的计量数可以改变体系的性质和参与

2、杂化的轨道.与单掺Mn相比，Li过量体系表现为金属性，杂质带宽度增大，而净磁矩减小，同时形成能降低，导电能力增强，Mn-P键的相互作用减弱;Li空位体系表现为半金属性，半金属能隙为0.478eV，净磁矩为4.02u,,，Mn-P键的重叠电荷布局数最大，键长最小，Mn和P原子之间的电子云最密集且井用电子对偏移程度最小，Mn3d和P3p间杂化作用最强.通过对比体系光学性质发现，Mn掺入后介电函数和光吸收谱在低能区出现新的峰值，同时复折射率函数也发生明显变化，体系扩大丫对电磁波的吸收范围，能量损失明显减小.关键词：Mn掺杂LiMgP;电了结构;电荷重

3、叠布局;差分电荷密度;光学性质;3总能和形成能最低，为最稳定位置，因此本文选取这W种结构计算Mn掺杂后Li过量和Li空位的性质.2LiMgP电子结构阁2为纯LiMgP的能带结构和态密度阁.由阁2(a)可知，LiMgP为直接带隙半导体，导带底和价带顶皆位于布里渊区的高对称点G点处，计算的带隙值为1.533eV，比喻力华[24]a-LiMgP的计算结果(1.522eV)略大，但和实验值Eg=2.43eV[16]相比仍偏低，这是因为计算中采用的DFT为基态理论，而能隙属于激发态，但这对理论分析Li1±y(Mgl-xMnx)P(x=0,0.125;y=

4、0,0.125)的性质没有影响.由阁2的态密度阁可知，体系价带出现两个态密度峰，分别为峰1和峰2，峰1主要由Mg的3s态和P的3p态电子以及少量的Li2s态和Mg2p态电子构成;峰2主要由Mg的2p态、P的3p态电子和少量的Li的2s态、Mg的3s态电子构成;导带主要由Li的2s态，Mg的2p态和3s态以及少量P的3p态电子构成，其中Mg的2p态贡献最大.由图2(e)总的态密度可以看出体系的自旋向上和自旋向下的能带结构完全对称，体系无浄磁矩.3Li1±y(Mgl-xMnx)P的能带结构和态密度图3为Mn掺杂LiMgP以及对应的Li过量和Li空位

5、时的自旋极化能带图.由图3(a)和(b)可知，Mn掺杂后体系变为间接带隙半导体.自旋向下能带阁中，导带底和价带顶分别位于Brillouin的Z点和G点，其带隙EK=2.387eV,较未掺杂的1.533eV明显增大，这是因为加入磁性元素Mn所致.由于Mn的掺入，最显著的变化是在自旋极化能带图中出现与Mn冇关的自旋极化杂质带，杂质带宽度为0.461cV,位于价带顶上方Ev+1.611cV处，为施主能级，即在费米能级附近上方引入了电荷载流子，表明Mn掺杂LiMgP为n型掺楽.引入的杂质带使体系在费米能级附近发生了自旋劈裂，产生自旋磁有序现象，具有4.

6、98P,,的净磁矩(表3).图3(c)和(d)为Litl25(Mg0.875Mn0.125)P的自旋极化能带结构图，由图可知，IJ过量吋导带底和价带顶分别位于Brillouin区的Z点和G点处，仍为间接带隙半导体，Eg=2.403cV比只掺Mn时的2.387eV略大.Li过量情况下杂质带宽度为0.890eV，较只掺Mn的0.461eV和Li空位时的0.315eV都明显变宽，&向导带移动，杂质带位于价带顶上方艮+1.438eV处，自旋向下和自旋向上&都贯穿于杂质带中，材料表现为金属性，与只摻Mn相比，体系的导电性明显增强.图3(e)和(f)为Li

7、Q.875(Mgo.875Mno.125)P的自旋极化能带图，Li空位时体系仍为间接带隙半导体，结合表3可知E=2.476cV,带隙最大，杂质带宽度变窄，为0.315eV，位于价带顶上方Ev+1.430eV处，向价带移动.自旋向上&贯穿在杂质带中，自旋向下&未贯穿在杂质带中，明显表现为自旋注入，即杂质带中通过有效质量传输产生100%的自旋极化载荷子注入，材料表现为半金属性，半金属能隙为0.478eV，半金属能隙较人，因此半金属性较稳定.表1LDA和GGA优化LiMgP的晶格常数、带隙和总能Table1Thecalculatedlatticeco

8、nstants,bandgapsandtotalener-giesofLiMgPwithLDAandGGA表2Lil土y(Mgl-xMnx)P的晶格常