氧化物稀磁半导体材料磁性起源的理论研究

作为自旋电子材料的主要组成部分，稀磁半导体的研究对于自旋电子学的发展起着重要作用。氧化物稀磁半导体材料由于与其它半导体材料具有良好的兼容性，能够实现电子自旋的有效注入和传输，引起了人们的广泛关注。本项目拟通过第一性原理计算方法对氧化物稀磁半导体材料进行深入、系统的研究，探索氧化物稀磁半导体中不同元素的掺杂对其电子结构和铁磁性的影响规律，理解氧化物稀磁半导体的自旋轨道耦合和电荷转移等特性，揭示氧化物稀磁半导体铁磁性的来源和机理，为预言理想的具有室温铁磁性的稀磁半导体提供理论依据和指导。可以说，本项目是一项既有科学研究价值，又有重要技术应用前景的前沿课题。

基于第一性原理计算方法，我们研究了B、C、N、F、Cl等非过渡金属原子掺杂的氧化物半导体的电子结构及磁性，确定杂质原子的占据位置和它们在材料体内及表面的分布情况，分析了杂质浓度对磁性的影响。这有助于我们理解氧化物稀磁半导体的自旋轨道耦合和电荷转移等特性。通过分别采用PBE和HSE电子交换关联能近似，我们研究了C原子掺杂的In2O3氧化物半导体的电子结构，对比不同电子交换关联能近似对磁性的影响。