殼層摻雜硅納米線的第一性原理研究.pdf

1、一維硅納米線因其較大的表面體積比、較高的各向異性、特殊的結構而具有與傳統(tǒng)的體硅材料完全不同的特性。又因其能與當前半導體硅技術良好的兼容，因此得到了研究者的極大關注。摻雜和引入缺陷是調制硅納米線電子性質的重要手段。通過不同元素、不同位置的修飾，可以極大地改變硅納米線中載流子的濃度以及硅納米線自身的結構，從而產生新奇的物理性質。摻雜改性的硅納米線在納米電子器件、自旋電子器件等領域有著重要的應用前景。
　　本文采用基于密度泛函理論的第一

2、性原理計算方法，對具有殼層結構的橫截面為重疊五邊形和重疊六邊形的硅納米線進行了3d過渡金屬(Mn, Fe, Co, Ni)原子的摻雜研究。通過基于密度泛函理論的第一性原理計算，對具有該類殼層結構硅納米線的結構穩(wěn)定性、電學性質、磁矩進行了系統(tǒng)研究。能量計算結果表明，所有研究的結構包括邊緣摻雜、中心摻雜以及外殼層摻雜的硅納米線都可以穩(wěn)定存在，且采用中心摻雜的結構具有最高的穩(wěn)定性。通過對能帶的分析，我們研究的所有摻雜體系均呈現(xiàn)金屬性，而且金屬

3、性隨著摻雜原子的濃度增大而提高。通過穿過費米能級的能帶數(shù)目反映的電導通道，發(fā)現(xiàn)隨著摻雜原子數(shù)目的增加電導通道增加，硅納米線的金屬性增強。而且通過自旋極化計算發(fā)現(xiàn)穿過費米能級的上下自旋的能帶數(shù)不同，說明這些一維硅納米線結構具有明顯的鐵磁性。通過Bade r電荷分析，發(fā)現(xiàn)除摻雜M n外，電子均是從硅原子轉移到過渡金屬原子；并且在單個過渡金屬原子內部，電子從4s軌道向3d/4p軌道轉移。3d軌道未成鍵電子數(shù)減少以及每個軌道內部(4s,3d,4