研究目的
通过第一性原理计算研究钴掺杂及点缺陷（氧空位VO、锌空位VZn、间隙氢Hi和锌间隙Zni）对氧化锌铁磁性的影响，以解决该领域的争议。
研究成果
共掺杂VZn或VO的ZnO表现出居里温度高于室温的长程有序铁磁性，有利于自旋电子学应用。而共掺杂Hi或Zni的ZnO不利于铁磁性的形成，应予以避免。这种铁磁性源于空穴或电子载流子介导的双交换效应。
研究不足
该研究为理论性研究，基于计算模型；未包含实验验证。研究重点为特定点缺陷和掺杂比例，可能无法涵盖实际材料中的所有可能情况。
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钴掺杂与点缺陷对氧化锌铁磁性的影响
DOI：10.1007/s10948-018-4987-y
期刊：Journal of Superconductivity and Novel Magnetism
出版年份：2019
更新时间：2025-09-23 15:22:29
摘要：
不同比例的钴掺杂与氧空位(VO)对氧化锌(ZnO)铁磁性的影响存在争议。为解决这一问题，我们采用密度泛函理论下的广义梯度近似+U(GGA+U)方法，通过第一性原理计算研究了钴掺杂与点缺陷(VO、VZn、Hi和Zni)对ZnO铁磁性的影响。结果表明：钴与空位(VO或VZn)间距越小，形成能越低且体系越稳定。含VO或VZn的钴掺杂ZnO呈现长程有序铁磁性，其居里温度高于室温。特别是含VZn的钴掺杂ZnO表现出半金属性，可实现100%传导空穴极化率，这对作为空穴注入源的稀磁半导体(DMSs)极具价值。Zn14CoO16的铁磁性源于钴掺杂与锌空位形成复合体后，通过空穴载流子介导的O-2p、Co-3d和Zn-3d轨道电子间双交换作用；而Zn15CoO15的铁磁性则来自钴掺杂与氧空位形成复合体后，经电子载流子介导的O-2p、Co-3d和Zn-4s态电子间双交换效应。此外，含间隙H(Hi)或Zn(Zni)的钴掺杂ZnO不利于铁磁性，实验中应予以避免。
作者：
Q. Y. Hou，Y. J. Liu
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