Ni 掺杂ZnO纳米线的电子结构与磁性

张富春 ,  张威虎 ,  董军堂 ,  张志勇

引用本文: 张富春, 张威虎, 董军堂, 张志勇. Ni 掺杂ZnO纳米线的电子结构与磁性[J]. 物理化学学报, 2011, 27(10): 2326-2332. doi: 10.3866/PKU.WHXB20111016 shu
Citation:  ZHANG Fu-Chun, ZHANG Wei-Hu, DONG Jun-Tang, ZHANG Zhi-Yong. Electronic Structure and Magnetism of Ni-Doped ZnO Nanowires[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2011, 27(10): 2326-2332. doi: 10.3866/PKU.WHXB20111016 shu

Ni 掺杂ZnO纳米线的电子结构与磁性

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(60976069) (60976069)

    陕西省自然科学基金(2010JM8020) (2010JM8020)

    陕西省教育厅专项科研基金(2010JK923, 11JK0846) (2010JK923, 11JK0846)

    延安大学博士科研启动基金(YD2009-01)资助项目 (YD2009-01)

摘要: 采用自旋极化密度泛函理论系统研究了Ni 掺杂ZnO纳米线的电子结构、磁学和光学性质. 磁学性质计算结果显示六种Ni 掺杂ZnO纳米线的磁性耦合体系出现了铁磁(FM)、反铁磁(AFM)和顺磁(PM)三种不同的耦合状态. 能量计算结果表明Ni 原子在纳米线外表面沿[0001]方向替代Zn原子时能量最低, 体系的AFM耦合相对稳定, AFM体系表现出金属性. 态密度计算结果显示FM耦合在费米能级附近出现了明显的自旋极化现象,发生了强烈的Ni 3d 和O 2p 杂化效应, 掺杂产生的磁矩主要来源于Ni 3d 未成对轨道电子和部分O 2p 轨道电子的贡献, FM耦合表现出半金属性. 另外, 光学性质计算结果显示Ni 掺杂ZnO纳米线的远紫外吸收峰发生了红移现象, 而380 nm附近的近紫外吸收峰发生了明显的蓝移现象, 在整个紫外区都表现出了优异的发光性能.以上结果表明Ni 掺杂ZnO纳米线是一种很有前途的磁光电子材料.

English

    1. [1]

      (1) Ohno, H. Science 1998, 291, 951.(1) Ohno, H. Science 1998, 291, 951.

    2. [2]

      (2) Pan, Z.W.; Dai, Z, R.; Wang, Z. L. Science 2001, 281, 1947.(2) Pan, Z.W.; Dai, Z, R.; Wang, Z. L. Science 2001, 281, 1947.

    3. [3]

      (3) Jian,W. B.; Wu, Z. Y.; Huang, R. T.; Chiang, S. J.; Lan, M. D.; Lin, J. J. Phys. Rev. B 2006, 73, 233308.    (3) Jian,W. B.; Wu, Z. Y.; Huang, R. T.; Chiang, S. J.; Lan, M. D.; Lin, J. J. Phys. Rev. B 2006, 73, 233308.   

    4. [4]

      (4) Sluiter, M. H. F.; Kawazoe, Y.; Sharma, P.; Inoue, A.; Raju,A.R.; Rout, C.; Waghmare, U. V. Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 187204.    (4) Sluiter, M. H. F.; Kawazoe, Y.; Sharma, P.; Inoue, A.; Raju,A.R.; Rout, C.; Waghmare, U. V. Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 187204.   

    5. [5]

      (5) Kulkarni, J. S.; Kazakova, O.; Holmes, J. D. Appl. Phys. A:Mater. Sci. Pro. 2006, 85, 277.    (5) Kulkarni, J. S.; Kazakova, O.; Holmes, J. D. Appl. Phys. A:Mater. Sci. Pro. 2006, 85, 277.   

    6. [6]

      (6) Chang, Y. Q.; Wang, D. B.; Luo, X. H.; Xu, X. Y.; Chen, X. H.; Li, L.; Chen, C. P.; Wang, R. M.; Xu, J.; Yu, D. P. Appl. Phys. Lett. 2003, 83, 4020.(6) Chang, Y. Q.; Wang, D. B.; Luo, X. H.; Xu, X. Y.; Chen, X. H.; Li, L.; Chen, C. P.; Wang, R. M.; Xu, J.; Yu, D. P. Appl. Phys. Lett. 2003, 83, 4020.

    7. [7]

      (7) Chou, S. Y.; Krauss, P. R.; Zhang,W. J. Vac. Sci. Technol. B1997, 15, 2897.    (7) Chou, S. Y.; Krauss, P. R.; Zhang,W. J. Vac. Sci. Technol. B1997, 15, 2897.   

    8. [8]

      (8) Jun, Y.; Jung, Y.; Cheon, J. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 615.    (8) Jun, Y.; Jung, Y.; Cheon, J. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 615.   

    9. [9]

      (9) Li, Y. F.; Zhou, Z.; Chen, Y. S.; Chen, Z. F. J. Chem. Phys. 2009, 130, 204706.    (9) Li, Y. F.; Zhou, Z.; Chen, Y. S.; Chen, Z. F. J. Chem. Phys. 2009, 130, 204706.   

    10. [10]

      (10) Dietl, T.; Ohno, H.; Matsukura, F.; Cibert, J.; Ferrand, D.Science 2000, 287, 1019.    (10) Dietl, T.; Ohno, H.; Matsukura, F.; Cibert, J.; Ferrand, D.Science 2000, 287, 1019.   

    11. [11]

      (11) Sluiter, M. H. F.; Kawazoe, Y.; Sharma, P.; Inoue, A.; Raju, A.R.; Rout, C.; Waghmare, U. V. Phys. Rev. Lett. 2005, 94,187204.    (11) Sluiter, M. H. F.; Kawazoe, Y.; Sharma, P.; Inoue, A.; Raju, A.R.; Rout, C.; Waghmare, U. V. Phys. Rev. Lett. 2005, 94,187204.   

    12. [12]

      (12) Zhou, Z.; Li, Y. F.; Liu, L.; Chen, Y. S.; Zhang, S. B.; Chen, Z.F. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 13926.    (12) Zhou, Z.; Li, Y. F.; Liu, L.; Chen, Y. S.; Zhang, S. B.; Chen, Z.F. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 13926.   

    13. [13]

      (13) Li, Y. F.; Zhou, Z.; Jin, P.; Chen, Y. S.; Zhang, S. B.; Chen, Z. F.J. Phys. Chem. C 2010, 114, 12099.    (13) Li, Y. F.; Zhou, Z.; Jin, P.; Chen, Y. S.; Zhang, S. B.; Chen, Z. F.J. Phys. Chem. C 2010, 114, 12099.   

    14. [14]

      (14) Liu, X. X.; Lin, F. T.; Sun, L. L.; Cheng,W. J.; Ma, X. M.; Shi,W. Z. Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 062508.    (14) Liu, X. X.; Lin, F. T.; Sun, L. L.; Cheng,W. J.; Ma, X. M.; Shi,W. Z. Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 062508.   

    15. [15]

      (15) Cui, J. B.; Gibson, U. J. Appl. Phys. Lett. 2005, 87, 133108.    (15) Cui, J. B.; Gibson, U. J. Appl. Phys. Lett. 2005, 87, 133108.   

    16. [16]

      (16) He, J. H.; Lao, C. S.; Chen, L. J.; Davidovic, D.; Wang, Z. L.J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 16376.    (16) He, J. H.; Lao, C. S.; Chen, L. J.; Davidovic, D.; Wang, Z. L.J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 16376.   

    17. [17]

      (17) Wakano, T.; Fujimura, N.; Morinaga, Y.; Abe, N.; Ito, T. Physica E 2001, 10, 260.(17) Wakano, T.; Fujimura, N.; Morinaga, Y.; Abe, N.; Ito, T. Physica E 2001, 10, 260.

    18. [18]

      (18) Al-Harbi, T. Journal of Alloys and Compounds 2011, 509, 387.    (18) Al-Harbi, T. Journal of Alloys and Compounds 2011, 509, 387.   

    19. [19]

      (19) Cheng, C.W.; Xu, G. Y.; Zhang, H. Q.; Luo, Y. Mater. Lett.2008, 62, 1617.    (19) Cheng, C.W.; Xu, G. Y.; Zhang, H. Q.; Luo, Y. Mater. Lett.2008, 62, 1617.   

    20. [20]

      (20) Yin, Z.; Chen, N.; Yang, F.; Song, S.; Chai, C.; Zhong, J.; Qian,H.; Ibrahim, K. Solid State Commun. 2005, 135, 430.    (20) Yin, Z.; Chen, N.; Yang, F.; Song, S.; Chai, C.; Zhong, J.; Qian,H.; Ibrahim, K. Solid State Commun. 2005, 135, 430.   

    21. [21]

      (21) Clark, S. J.; Segall, M. D.; Pickard, C. J.; Hasnip, P. J.; Probert,M. I. J.; Refson, K.; Payne, M. C. Zeitschrift fuer Kristallographie 2005, 220, 567.(21) Clark, S. J.; Segall, M. D.; Pickard, C. J.; Hasnip, P. J.; Probert,M. I. J.; Refson, K.; Payne, M. C. Zeitschrift fuer Kristallographie 2005, 220, 567.

    22. [22]

      (22) Wang, Y.; Perdew, J. P. Phys. Rev. B 1991, 44, 013298.    (22) Wang, Y.; Perdew, J. P. Phys. Rev. B 1991, 44, 013298.   

    23. [23]

      (23) Sapra, A.; Sarma, D. D. Phys. Rev. B 2004, 69, 25304.(23) Sapra, A.; Sarma, D. D. Phys. Rev. B 2004, 69, 25304.

    24. [24]

      (24) Ermoshin, V. A.; Veryazov, V. A. Phys. Stat. Sol. 1995, B189,K49.(24) Ermoshin, V. A.; Veryazov, V. A. Phys. Stat. Sol. 1995, B189,K49.

    25. [25]

      (25) Usuda, M.; Hamada, N. Phys. Rev. B 2002, 66, 125101.    (25) Usuda, M.; Hamada, N. Phys. Rev. B 2002, 66, 125101.   

    26. [26]

      (26) Wander, A.; Harrison, N. M. Surf. Sci. Lett. 2000, 23, L342.(26) Wander, A.; Harrison, N. M. Surf. Sci. Lett. 2000, 23, L342.

    27. [27]

      (27) Zhang, Z. H.; Qi, X. Y.; Jian, J. K.; Duan, X. F. Micron 2006, 37, 229.    (27) Zhang, Z. H.; Qi, X. Y.; Jian, J. K.; Duan, X. F. Micron 2006, 37, 229.   

    28. [28]

      (28) Kong, Y. C.; Yu, D. P.; Zhang, B.; Fang,W.; Feng, S. Q. Appl. Phys. Lett. 2001, 78, 407.(28) Kong, Y. C.; Yu, D. P.; Zhang, B.; Fang,W.; Feng, S. Q. Appl. Phys. Lett. 2001, 78, 407.

    29. [29]

      (29) Chen, T.; Xing, G. Z.; Zhang, Z.; Chen, H. Y.; Wu, T.Nanotechnology 2008, 19, 435711.    (29) Chen, T.; Xing, G. Z.; Zhang, Z.; Chen, H. Y.; Wu, T.Nanotechnology 2008, 19, 435711.   

    30. [30]

      (30) Twardowski, A.; Dietl, T.; Demianiuk, M. Solid State Commun.1983, 48, 845.    (30) Twardowski, A.; Dietl, T.; Demianiuk, M. Solid State Commun.1983, 48, 845.   

    31. [31]

      (31) Kolodziejski, L. A.; Gunshor, R. L.; Venkatasubramanian, R.; Bonsett, T. C.; Frohne, R.; Datta, S.; Bylsma, R. B.; Becker,W.M.; Nurmikko, A. V. J. Vac. Sci. Technol. B 1986, 4, 583.(31) Kolodziejski, L. A.; Gunshor, R. L.; Venkatasubramanian, R.; Bonsett, T. C.; Frohne, R.; Datta, S.; Bylsma, R. B.; Becker,W.M.; Nurmikko, A. V. J. Vac. Sci. Technol. B 1986, 4, 583.

    32. [32]

      (32) Lee, Y. R.; Ramdas, A. K.; Aggarwal, R. L. Phys. Rev. B 1988, 38, 10600.    (32) Lee, Y. R.; Ramdas, A. K.; Aggarwal, R. L. Phys. Rev. B 1988, 38, 10600.   

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1578
  • 文章访问数:  3885
  • HTML全文浏览量:  85
文章相关
  • 发布日期:  2011-09-27
  • 收稿日期:  2011-05-30
  • 网络出版日期:  2011-08-18
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章