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掺锰β-氧化镓的电子结构与磁性能

DOI：10.1016/j.spmi.2018.12.001 期刊：Superlattices and Microstructures 出版年份：2018 更新时间：2025-09-10 09:29:36
摘要： Ga?O?是高功率、高压器件的有前途候选材料。本研究基于密度泛函理论，分析了纯β-Ga?O?的能带结构以及轨道耦合对Mn掺杂β-Ga?O?电子结构的影响。Mn掺杂在带边附近引入杂质能带，导致Ga?O?带隙减小。当Mn掺杂仅替代八面体配位的Ga原子时，掺杂体系具有最稳定的结构和铁磁性，蒙特卡洛模拟预测居里温度为421K。室温铁磁性可归因于强p-d耦合和O-2p轨道的离域化。氧空位和镓空位分别在带隙中引入深施主能级和受主能级。由于Mn掺杂的价态变化，当衬底获得更多载流子时，Mn掺杂会从施主转变为受主。我们的结果不仅解释了实验中观察到的电子和磁学性质，还为设计高性能Ga?O?基器件提供了理论模型。
作者： Xiaolong Wang，Ruge Quhe，Yusong Zhi，Zeng Liu，Yuanqi Huang，Xianqi Dai，Yanan Tang，Zhenping Wu，Weihua Tang
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

基于密度泛函理论研究Mn掺杂β-Ga2O3的电子结构和磁性质。

研究成果

锰掺杂剂在价带顶附近诱导出一个占据态能带，在导带底附近诱导出一个未占据态能带，从而降低了锰掺杂氧化镓的带隙。氧2p轨道的空间离域化与强p-d轨道重叠作用形成了稳定的铁磁基态。蒙特卡洛模拟表明，在最稳定的掺杂体系中（锰原子取代八面体配位的镓原子）可实现421K的居里温度。当主体载流子浓度极低时，多价态锰掺杂剂能为氧化镓提供电子；当载流子浓度极高时则能捕获电子。

研究不足

该研究基于理论计算，缺乏实验验证?？量痰氖笛樘跫袄砺鄣牟蛔?，是制造高性能氧化镓基器件的挑战。

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