导　　师： 赵宇军

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 众所周知，电子不仅具有电荷，同时又具有自旋，人们对电子的自旋属性和电荷属性的充分利用，将使人类社会进入新的信息技术时代。目前能够应用的自旋电子器件，只有利用巨磁阻效应的磁记录磁头以及磁存贮装置才得以实现。一个自然的问题：能否在Si、GaAs、ZnO这些半导体材料引入自旋流，从而开发出同时利用自旋属性和电荷属性的自旋电子学器件呢？如果这一条件能够实现的话，将有望产生出自旋场效应晶体管、自旋发光二极管、自旋共振隧道器件、THz频率光学开关、调制器、编码器、解码器及用于量子计算、量子通信等装置的新型器件，从而可能触发一场新的信息技术革命。为了实现这一目标，研究人员正从二个方向研发可以制备自旋电子学器件的新型材料：一是在传统半导体中掺入磁性离子，使其成为具有铁磁性的半导体；另一个方向是制备在结构上与传统半导体匹配的半金属铁磁体，通过高效率的自旋注射来实现半导体中的自旋流。 在实验室中，薄膜的制备都是利用外延生长等非平衡手段来获得，然而外延生长环境下，薄膜的生长仅受到二维应变作用，并未受到三维的各向同向应变作用，其键长并没有各向同性改变。同时，选择合适的衬底，对生长在衬底上的薄膜进行掺杂，例如GaAs:TM和ZnO:TM（TM为过渡金属），那么二维应变对体系的电子结构及半金属性是否会产生影响？因此，我们主要是在二维应变情况下进行半金属薄膜的第一性原理模拟。我们首先针对ZB相ZnO与GaAs为基的多种三元合金薄膜Zn_(0.5)X_(0.5)O和Ga_(0.5)X_(0.5)As（X=Cr， Mn，Fe，Co，Ni等过渡金属）进行第一原理理论计算研究，从中发掘与传统半导体晶格匹配的半金属铁磁体。通过在二维应变作用下对其薄膜进行第一性原理模拟计算，这样模拟出来的结果

关 键 词： 半金属铁磁体 二维应变 本征缺陷 第一性原理计算 电子结构

领　　域： [金属学及工艺—合金]