F原子吸附TiO2:Mn(001)稀磁半导体薄膜电子结构和磁性的第一性原理计算

计算物理 ›› 2014, Vol. 31 ›› Issue (1): 96-102.

F原子吸附TiO₂:Mn(001)稀磁半导体薄膜电子结构和磁性的第一性原理计算

李祥然, 李丹, 王春雷, 牛原, 赵红敏, 梁春军

北京交通大学物理系, 北京 100044

收稿日期:2012-12-20 修回日期:2013-04-08 出版日期:2014-01-25 发布日期:2014-01-25
通讯作者: 李丹,E-mail:danli@bjtu.edu.cn
作者简介:李祥然(1990-),女,山东滕州,硕士生,从事材料计算研究
基金资助:
中央高校基本科研业务费专项资金(2011JBZ013,2009JBM105,2009JBZ019);国家国际科技合作专项(21174016)资助项目

Electronic and Magnetic Properties of F Atoms Adsorbed TiO₂:Mn(001) Diluted Magnetic Semiconductor Thin Films:First-principles Calculation

LI Xiangran, LI Dan, WANG Chunlei, NIU Yuan, ZHAO Hongmin, LIANG Chunjun

Department of Physics, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China

Received:2012-12-20 Revised:2013-04-08 Online:2014-01-25 Published:2014-01-25

摘要/Abstract

摘要： 利用第一性原理方法计算Mn离子掺杂纯净TiO₂(001)和F原子吸附的TiO₂(001)薄膜的形成能、态密度和磁矩.F原子吸附明显降低TiO2:Mn薄膜体系的形成能.F原子的吸附导致Mn离子的磁矩减小,而表面O原子的磁矩增大.表面O原子的磁矩主要来源于O原子p_x和p_y轨道的自旋极化,研究表明表面吸附F原子更有利于Mn离子的掺杂,在一定程度上有利于获得结构稳定的铁磁态半金属特性的TiO₂:Mn薄膜.

关键词: 第一性原理计算, 稀磁半导体, TiO₂(001), 自旋极化, 态密度

Abstract: We performed first-principles calculations of Mn-doped structures in which Mn atoms substitute Ti atoms.Formation energy,density of state and magnetic moment are calculated for Mn ions doped TiO₂(001) and F-TiO₂(001) thin films.In all doping configurations adsorption of F atoms on surface lowers formation energy of TiO₂:Mn system significantly.Magnetic moments of Mn ions are reduced,whereas those of O atoms on surface are increased.Magnetic moment of O atoms is mainly derived from spin polarization p_x and p_y orbitals.F adsorption promotes doping of Mn atoms and improves stability of structure,magnetism,and metallicity to a certain extent.

Key words: first principles calculations, diluted magnetic semiconductor, TiO₂(001), spin polarization, density of states

中图分类号:

O469

李祥然, 李丹, 王春雷, 牛原, 赵红敏, 梁春军. F原子吸附TiO₂:Mn(001)稀磁半导体薄膜电子结构和磁性的第一性原理计算[J]. 计算物理, 2014, 31(1): 96-102.

LI Xiangran, LI Dan, WANG Chunlei, NIU Yuan, ZHAO Hongmin, LIANG Chunjun. Electronic and Magnetic Properties of F Atoms Adsorbed TiO₂:Mn(001) Diluted Magnetic Semiconductor Thin Films:First-principles Calculation[J]. CHINESE JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS, 2014, 31(1): 96-102.

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F原子吸附TiO₂:Mn(001)稀磁半导体薄膜电子结构和磁性的第一性原理计算

Electronic and Magnetic Properties of F Atoms Adsorbed TiO₂:Mn(001) Diluted Magnetic Semiconductor Thin Films:First-principles Calculation

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