掺杂3d离子稀磁半导体微结构及磁光性能研究

Diluted magnetic semiconductors show a very broad application prospects in the spin electronics and micro-electronics. The project takes the diluted magnetic semiconductors of Ga1-xMnxN, Ga1-xMnxAs, Zn1-xCoxO and Zn1-xCrxTe as the research objects, and aims to establish the semi-empirical theoretical model for analyzing the magnetism, microstructure and optical properties of the diluted magnetic semiconductor doped with 3d transition metal ions from the atomic and molecular physics by use of the ligand field theory. The project consists of the following studies. The magnetism of diluted magnetic semiconductors doped with 3d transition metal ions is studied. The numerical calculations for magnetization intensity, magnetisability and magnetism specific heat will be conducted; The optical absorption spectra are calculated. The d-d absorption spectra are calculated and the experimental d-d spectra are identified; The microstructure and the relation between the microstructure and the optical property are studied. The theoretical scheme is presented for computing the microstructure of the diluted magnetic semiconductors doped with 3d ions and the numerical calculations for the relaions between the microstructure and the optical property are conducted. The variational law of the optical property under especial condition is explored. This research not only can extend and perfect the applications of the ligand field theory, but also has important practical significance.

稀磁半导体材料在自旋电子学及微电子学等领域展现出非常广阔的应用前景，本项目以Ga1-xMnxN、Ga1-xMnxAs、Zn1-xCoxO、Zn1-xCrxTe等稀磁半导体为研究对象，旨在利用配位场理论从原子与分子物理学的角度建立合适的分析掺杂3d过渡金属离子稀磁半导体的磁性、微结构及光性能的半经典理论模型。研究内容主要包括掺杂3d过渡金属离子稀磁半导体材料的磁性，对其磁化强度、磁化率和磁比热等进行数值计算；光吸收谱的计算，主要计算其d-d吸收光谱并对实验上测得的光吸收谱进行理论上的识别；掺杂后的微结构及光性能与微结构变化的关系，提出确定掺杂3d过渡金属离子稀磁半导体材料局域微结构的理论方案，对光性能与微结构变化的关系进行数值计算，以探讨特定条件下稀磁半导体光性能的变化规律。本项目的研究不仅可以推广完善配位场理论的应用范围，而且具有重要的现实意义。

稀磁半导体材料在自旋电子学及微电子学等领域展现出非常广阔的应用前景，本项目以相关稀磁半导体为研究对象，旨在利用配位场理论从原子与分子物理学的角度建立合适的分析掺杂3d过渡金属离子稀磁半导体的电磁结构、微结构及光性能的半经典理论模型。. 本项目主要研究了相关体系的电子性质，验证了势模型方法的有效性；构造出了四角对称环境中含3d4过渡金属离子稀磁半导体全组态空间中的基函数，采用势模型方法并利用基函数建立了相关的完全能量矩阵；进行了四角对称环境中Cr2+离子能量矩阵的计算机编程；通过理论模拟首次研究了AgGaSe2:Cr2+稀磁半导体中Cr2+离子的占位及占位后局域结构的微观变化；研究了ZnSe:Cr2+ 体系的局域结构畸变及相应的吸收光谱，首次从理论了预测其零场分裂参量F的值。. 通过研究得到了SO, SO2, SO2Cl2, SO2ClF,和SO2F2等分子在大能量范围内的电子散射性质，验证了电子势模型方法的可靠性；在AgGaSe2:Cr2+稀磁半导体中，当Cr2+离子占据Ga3+位时，局域结构为一膨胀畸变，而当占据Ag+位置时，局域结构沿键长方向为膨胀畸变，但沿键角方向为压缩畸变。研究了ZnSe:Cr2+ 体系及超冷Si的局域结构及相应的吸收光谱，得到了相应的局域结构参数，ZnSe:Cr2+ 体系为一膨胀畸变，首次从理论了预测了ZnSe:Cr2+ 体系零场分裂参量F的值，研究显示自旋单态对其D的影响可忽略，但对a和F的影响比较大。本项目为理论研究，相关的数据可为实验研究提供重要的参考。