CdS基纳米稀磁半导体电子结构调控、光电磁耦合效应研究

具有室温铁磁性和良好光电磁耦合效应的稀磁半导体研究，是半导体自旋电子学研究面临的重要问题，稀磁半导体中能带结构和态密度变化是影响光电磁耦合效应关键因素。本课题采用自主搭建的微波沉积生长系统，结合高压实验技术，精确调控纳米尺度、掺杂含量和高压参数各物理量以及协同作用，制备具有特定晶体结构和电子结构的CdS基Mn、Co和 Eu、Y掺杂的纳米稀磁半导体；探索电子结构中能带结构和态密度的变化规律，揭示能带结构和态密度与各物理量之间的联系；诠释能带结构和态密度与光电磁特性内在物理机制；总结掺杂含量、纳米尺度和高压参数对铁磁性和光电磁耦合效应的影响规律，提出理论模型，实现能带结构和态密度的设计和光电磁耦合效应的稀磁半导体的特定功能调控；制备室温下具有良好光电磁耦合效应的稀磁半导体材料，为纳米器件和技术的发展提供关键材料和理论基础。

具有室温铁磁性的稀磁半导体材料光电磁效应是半导体自旋电子学研究面临的重要问题。稀磁半导体材料的室温铁磁性及其性能与制备方法密切相关，不同的制备方法使其晶体结构和电子结构产生一定的差异，导致能带结构和态密度变化，而稀磁半导体材料的能带结构和态密度是影响光电磁耦合效应关键因素，高压、掺杂和纳米尺度能够影响材料的晶体结构和电子结构，是调控稀磁半导体的能带结构和态密度重要手段，是稀磁半导体提高居里温度和改善光电磁耦合效应的有效方法。.Ⅱ—Ⅵ族半导体材料CdS 因具有优良的光电性能,一直受到人们的极大关注[11]。CdS半导体中，s,p 电子参与输运过程，如3d过渡族元素掺入其中，由于s,p 电子与d电子的互作用，可望获得室温铁磁性。. 从纳米材料尺寸、掺杂和高压参数引起晶体结构和电子结构变化规律出发，研究了CdS基Mn、Co和 Eu、Y掺杂的纳米稀磁半导体可控生长，得到纤锌矿、闪锌矿和岩盐矿三种CdS基Mn、Co和 Eu、Y掺杂的纳米稀磁半导体。从可控生长及相变动力学出发，得到经验规律，并提出了理论模型。研究了CdS基Mn、Co和 Eu、Y纳米稀磁半导体实验条件对磁学性质的影响，发现其都具有室温铁磁性。分析了纤锌矿、闪锌矿和岩盐矿样品的光致发光特性，发现带边发射峰的移动与掺杂离子和相结构密切相关。通过第一性原理对纤锌矿、闪锌矿和岩盐矿CdS基纳米稀磁半导体材料进行电子结构分析，表明铁磁性质主要来源于掺杂和空位。建立了CdS基纳米稀磁半导体的结构与光学、磁学关系模型，探讨了其物理根源。该项目的研究为制备室温下具有良好光电磁效应的稀磁半导体材料，以及纳米器件的发展提供了关键材料和理论基础。